煙臺大學食品工藝學原理期末考試復習題及參考答案一、名詞解釋1.柵欄技術：通過在食品加工過程中設置多個相互協(xié)同的保藏因子（如溫度、水分活度、pH值、氧化還原電位、防腐劑等），形成“柵欄”以抑制微生物生長和酶活性的綜合保藏技術。各柵欄因子的強度和組合需根據(jù)目標微生物的耐受性設計，最終使食品達到微生物穩(wěn)定狀態(tài)，同時盡可能保留原有風味和營養(yǎng)。2.D值（DecimalReductionTime）：在特定溫度下，將某一種微生物的活菌數(shù)減少90%（即降低一個數(shù)量級）所需的時間，單位為分鐘。D值反映了微生物對熱的耐受性，D值越大，微生物耐熱性越強，常用于殺菌工藝的設計與驗證。3.水分活度（Aw）：食品中水分可以被微生物利用的程度，定義為溶液的蒸汽壓與純水的蒸汽壓之比（Aw=P/P0）。大多數(shù)微生物在Aw＜0.90時生長受抑制，Aw＜0.60時幾乎所有微生物停止生長，是干燥、腌漬等保藏工藝的關鍵控制參數(shù)。4.超高壓處理（HPP）：將密封于柔性包裝中的食品置于高壓容器內(nèi)，施加100-1000MPa的靜水壓并保持一定時間，通過破壞微生物細胞膜、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及酶活性實現(xiàn)殺菌鈍酶的非熱加工技術。其優(yōu)勢在于能較好保留食品的色澤、風味和營養(yǎng)成分。5.臨界水分含量：在干燥過程中，當食品表面水分蒸發(fā)速率與內(nèi)部水分向表面遷移速率相等時的水分含量。超過此值時，干燥速率由表面汽化控制（恒速干燥階段）；低于此值時，干燥速率由內(nèi)部水分擴散控制（降速干燥階段）。6.冷鏈（ColdChain）：從食品原料采集/加工到運輸、貯藏、銷售直至消費者手中的全過程，始終維持適宜低溫環(huán)境（通常0-8℃或-18℃以下），以抑制微生物生長和酶活性，保證食品質(zhì)量與安全的系統(tǒng)工程。---二、簡答題1.簡述低溫保藏食品的基本原理及不同低溫范圍的應用差異低溫保藏的核心是通過降低溫度抑制微生物代謝活動和酶的催化反應速率，同時延緩非酶化學反應（如氧化、褐變）。具體原理包括：-微生物：低溫下細胞內(nèi)酶活性降低，代謝減緩甚至停滯；部分微生物因細胞內(nèi)冰晶形成導致膜結(jié)構(gòu)破壞而死亡。-酶：低溫使酶的催化反應速率下降（溫度每降低10℃，反應速率約降低1-2倍），但酶未失活，解凍后可能恢復活性。不同低溫范圍的應用差異：-冷藏（0-8℃）：主要用于新鮮果蔬、乳制品、熟肉制品等短期保藏（數(shù)天至數(shù)周），抑制中溫菌生長，但無法殺滅微生物，需配合其他柵欄因子（如包裝、防腐劑）。-凍結(jié)（-18℃以下）：通過形成冰晶使食品水分固化，Aw顯著降低（接近0.85以下），幾乎所有微生物停止生長，酶活性極弱，適用于肉類、水產(chǎn)、速凍米面制品等長期保藏（數(shù)月至1年）。2.濕熱滅菌相較于干熱滅菌的優(yōu)勢有哪些？濕熱滅菌（如高壓蒸汽滅菌）與干熱滅菌（如烘箱滅菌）相比，優(yōu)勢體現(xiàn)在：-熱傳導效率高：水蒸氣的熱容量和導熱系數(shù)遠大于空氣，能更快速地將熱量傳遞至被滅菌物品內(nèi)部，縮短滅菌時間。-微生物致死效果強：濕熱環(huán)境中，微生物細胞內(nèi)蛋白質(zhì)因吸收水分而更容易變性凝固（蛋白質(zhì)含水量越高，凝固溫度越低）。例如，細菌芽孢在干熱160℃需2小時死亡，而濕熱121℃僅需15-20分鐘。-能耗更低：達到相同滅菌效果時，濕熱滅菌所需溫度和時間均低于干熱滅菌，降低能源消耗。-適用性廣：適用于大多數(shù)食品、培養(yǎng)基、玻璃器皿等耐濕物品，而干熱滅菌僅適用于耐熱且不耐濕的物品（如金屬器械、油脂類）。3.簡述食品干燥過程中發(fā)生的主要物理和化學變化干燥過程中食品的物理變化包括：-體積與質(zhì)地：水分蒸發(fā)導致細胞收縮，體積減??；表面形成硬膜可能阻礙內(nèi)部水分擴散（如水果干皺縮）；部分物料（如谷物）干燥后質(zhì)地變脆。-熱塑性變形：高溫下含糖或淀粉的食品可能因玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變而發(fā)生粘連（如奶粉結(jié)塊）。-復水性：過度干燥或高溫可能破壞細胞結(jié)構(gòu)，降低復水后恢復原性狀的能力（如速溶咖啡的造粒工藝需優(yōu)化干燥條件以提高復水性）?；瘜W變化包括：-酶促褐變：干燥初期溫度較低時，多酚氧化酶等仍有活性，導致果蔬類物料褐變（需先殺青滅酶）。-非酶褐變：美拉德反應（還原糖與氨基酸反應）和焦糖化反應（糖高溫分解）在中高溫干燥時發(fā)生，賦予干制品特殊色澤和風味（如葡萄干的棕褐色），但過度反應會損失營養(yǎng)（如賴氨酸）。-維生素損失：維生素C（水溶性）和維生素A（脂溶性）對熱敏感，干燥過程中易氧化分解（可通過真空干燥或冷凍干燥減少損失）。-脂質(zhì)氧化：含脂食品（如魚干）在干燥時與氧氣接觸，可能發(fā)生氧化酸敗（需控制Aw＜0.3或添加抗氧化劑）。4.腌漬保藏中，食鹽和糖的作用機制有何異同？相同點：-降低Aw：食鹽（NaCl）和糖（如蔗糖）溶解后形成高滲透壓溶液，通過滲透作用使食品中的水分向外擴散，同時抑制微生物從環(huán)境中吸收水分，導致微生物細胞脫水（質(zhì)壁分離）而無法生長。-離子或分子效應：高濃度的Na?、Cl?或糖分子可與微生物細胞內(nèi)酶的活性基團結(jié)合，干擾其代謝活動。不同點：-滲透壓強度：食鹽的滲透壓低（1%NaCl溶液滲透壓約為6.1atm），但解離為Na?和Cl?，實際有效粒子數(shù)更多；蔗糖為非電解質(zhì)，相同質(zhì)量濃度下滲透壓低于食鹽（10%蔗糖溶液滲透壓約為3.4atm）。因此，達到相同保藏效果時，糖的使用濃度（通常50%-70%）遠高于食鹽（通常10%-15%）。-微生物抑制譜：食鹽對大多數(shù)細菌（如沙門氏菌、大腸桿菌）抑制效果顯著，但對耐鹽微生物（如部分霉菌、酵母）效果有限；糖對酵母和霉菌抑制較強，但對耐高糖微生物（如高滲酵母）需更高濃度。-風味影響：食鹽主要賦予咸味，可與其他風味物質(zhì)（如有機酸）協(xié)同增鮮；糖則提供甜味，并通過美拉德反應生成風味物質(zhì)（如蜜餞的甜香）。---三、論述題1.結(jié)合微生物耐熱性與食品特性，論述罐頭食品殺菌工藝的制定原則與關鍵步驟罐頭殺菌工藝的核心目標是殺滅致病菌（如肉毒梭狀芽孢桿菌）和腐敗菌，同時最大程度保留食品的營養(yǎng)與品質(zhì)。制定原則與關鍵步驟如下：（1）明確目標微生物-需重點殺滅的微生物：低酸性罐頭（pH＞4.6）的主要威脅是肉毒梭菌（C.botulinum），其芽孢耐熱性極強（D121℃≈0.1-0.2分鐘）；酸性罐頭（pH≤4.6）因pH抑制，主要腐敗菌為耐酸微生物（如乳酸菌、酵母菌），耐熱性較低。-腐敗菌的選擇：根據(jù)食品原料（如肉類易受嗜熱脂肪芽孢桿菌污染，果蔬易受凝結(jié)芽孢桿菌污染）確定需控制的腐敗菌及其耐熱參數(shù)（D值、Z值）。（2）確定殺菌溫度與時間-熱力致死時間（F值）計算：F值是在標準溫度（通常121℃）下殺滅某微生物所需的時間，計算公式為F=D值×(logN0-logN)，其中N0為初始菌數(shù)，N為允許殘留菌數(shù)（通常10?12）。例如，肉毒梭菌芽孢D121℃=0.2分鐘，F(xiàn)0=0.2×(log10?-log10?12)=0.2×18=3.6分鐘（實際生產(chǎn)中通常取F0≥3）。-Z值修正：Z值是使微生物熱力致死時間變化90%所需的溫度變化（℃）。若殺菌溫度偏離121℃，需用Z值修正F值（如Z=10℃時，115℃的F值相當于121℃的F值×10^((121-115)/10)=F×3.98）。（3）考慮食品特性的影響-pH值：酸性食品（pH≤4.6）可降低微生物耐熱性（如肉毒梭菌在pH4.5時無法生長），因此殺菌溫度可降至100℃以下（巴氏殺菌），如水果罐頭。-水分與Aw：Aw越低，微生物耐熱性越強（如干制食品需更高溫度或更長時間殺菌）。-食品成分：脂肪、蛋白質(zhì)等可保護微生物（如肉類罐頭的殺菌時間通常長于蔬菜罐頭）；糖分可提高熱傳導效率（如糖水水果罐頭升溫更快）。-容器類型：金屬罐導熱性優(yōu)于玻璃罐，因此相同體積下金屬罐殺菌時間更短；軟包裝（如蒸煮袋）因傳熱快，可采用更溫和的殺菌條件。（4）驗證與調(diào)整-通過熱穿透實驗測定罐頭中心溫度隨時間的變化曲線，計算實際殺菌F值是否達到目標。-考慮冷點（罐頭內(nèi)升溫最慢的位置，通常為幾何中心）的溫度分布，確保冷點達到殺菌要求。-生產(chǎn)中需定期檢測殺菌后罐頭的微生物指標（如商業(yè)無菌檢驗），并根據(jù)原料、工藝波動調(diào)整殺菌參數(shù)（如原料污染度升高時延長殺菌時間）。2.比較熱風干燥、冷凍干燥與噴霧干燥的原理、適用場景及產(chǎn)品特性差異三種干燥方法的原理、適用場景及產(chǎn)品特性對比如下：（1）熱風干燥-原理：利用熱空氣（40-120℃）作為加熱介質(zhì)，通過對流將熱量傳遞至物料表面，使水分汽化并被空氣帶走，同時內(nèi)部水分向表面擴散。-適用場景：適用于耐溫性較好、形狀規(guī)則的物料（如蔬菜片、谷物、茶葉），或?qū)Τ杀久舾械拇笠?guī)模生產(chǎn)（如葡萄干、脫水蔬菜）。-產(chǎn)品特性：-優(yōu)點：設備簡單、成本低、處理量大；部分物料（如香菇）經(jīng)熱風干燥可通過美拉德反應提升風味。-缺點：高溫易導致維生素（如VC）損失、色素降解（如菠菜變褐）；表面易結(jié)殼，復水性較差（如脫水胡蘿卜復水后軟硬度不如冷凍干燥產(chǎn)品）；干燥時間較長（數(shù)小時至數(shù)十小時）。（2）冷凍干燥（凍干）-原理：先將物料凍結(jié)（-30℃以下），然后在高真空（＜610Pa）環(huán)境下，使冰直接升華成水蒸氣（不經(jīng)過液態(tài)），最終物料水分降至2%以下。-適用場景：熱敏性高、需保留生物活性或原有結(jié)構(gòu)的物料（如生物制劑、咖啡提取物、高檔果蔬），或要求復水性極佳的產(chǎn)品（如速溶茶、凍干水果）。-產(chǎn)品特性：-優(yōu)點：低溫（-40℃至0℃）下干燥，最大限度保留營養(yǎng)（VC保留率＞90%）、色澤（如草莓凍干后仍呈紅色）和風味；冰晶升華后留下多孔結(jié)構(gòu)，復水性好（30秒內(nèi)恢復原性狀）。-缺點：設備投資大（需真空系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)）、能耗高（是熱風干燥的5-10倍）；干燥時間長（24-48小時）；對物料初始形狀要求高（需預凍成型）。（3）噴霧干燥-原理：將液態(tài)物料（如溶液、乳濁液）通過霧化器（壓力式、離心式或氣流式）分散成微小液滴（直徑10-200μm），與熱空氣（150-300℃）接觸，液滴表面水分快速汽化（0.01-0.03秒），形成粉狀或顆粒狀產(chǎn)品。-適用場景：液態(tài)或漿狀物料的干燥（如奶粉、速溶咖啡、酶制劑、果汁粉），尤其適合需制成均勻粉末且溶解性好的產(chǎn)品。-產(chǎn)品特性：-優(yōu)點：干燥速度極快（瞬間完成），物料溫度低（表面溫度約50-80℃），熱敏性成分（如乳清蛋白）損失少；產(chǎn)品粒度均勻（可通過霧化參數(shù)控制），流動性好（如嬰兒奶粉的沖調(diào)性）；易實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。-缺點：設備體積大（需大型干燥塔）；對高黏度物料（如果漿固形物＞50%）霧化困難；粉塵問題需配套除塵設備；能耗較高（熱效率約30%-50%）?？偨Y(jié)：熱風干燥適合低成本、耐溫物料；冷凍干燥適合高附加值、熱敏性物料；噴霧干燥適合液態(tài)物料的粉末化加工。實際選擇需綜合考慮產(chǎn)品品質(zhì)要求、成本及生產(chǎn)規(guī)模。3.以傳統(tǒng)發(fā)酵食品（如腐乳、泡菜）為例，論述現(xiàn)代食品工藝對其品質(zhì)提升的技術路徑傳統(tǒng)發(fā)酵食品依賴自然發(fā)酵或傳統(tǒng)菌種，存在發(fā)酵周期長、品質(zhì)不穩(wěn)定、安全性風險（如亞硝酸鹽、生物胺）等問題?，F(xiàn)代食品工藝通過以下技術路徑實現(xiàn)品質(zhì)提升：（1）菌種純化與定向選育-傳統(tǒng)腐乳發(fā)酵依賴環(huán)境中的毛霉、根霉等混合菌種，易受雜菌污染（如產(chǎn)毒真菌）?，F(xiàn)代工藝通過分離篩選優(yōu)良菌株（如米曲霉3.042、魯氏毛霉），并利用基因工程或誘變技術選育高產(chǎn)蛋白酶、脂肪酶的菌株（如提高腐乳的鮮味物質(zhì)——游離氨基酸含量），同時降低產(chǎn)毒能力（如控制黃曲霉毒素B1＜5μg/kg）。-泡菜傳統(tǒng)發(fā)酵依賴蔬菜表面的乳酸菌（如植物乳桿菌、短乳桿菌），但自然發(fā)酵初期易滋生腸桿菌（產(chǎn)亞硝酸鹽）?，F(xiàn)代工藝采用凍干直投式乳酸菌制劑（如植物乳桿菌LP691），可快速主導發(fā)酵（48小時內(nèi)pH降至3.5以下），抑制雜菌生長，將亞硝酸鹽峰值從傳統(tǒng)的50mg/kg降至5mg/kg以下。（2）發(fā)酵條件的精準控制-溫度與pH：傳統(tǒng)腐乳前期培菌（菌絲生長）依賴自然溫度（20-25℃），周期7-10天；現(xiàn)代工藝通過恒溫培養(yǎng)箱控制溫度（25℃±1℃）、濕度（85%±5%），縮短培菌時間至4-5天，且菌絲生長均勻。-氧氣與滲透壓：泡菜發(fā)酵需厭氧環(huán)境，傳統(tǒng)壇裝通過水封隔氧，但可能因密封不嚴導致好氧菌污染?，F(xiàn)代工藝采用真空包裝或充氮包裝，結(jié)合氣調(diào)發(fā)酵設備（控制CO2濃度5%-10%），減少氧氣滲透，促進乳酸菌厭氧代謝，降低乙酸等異味物質(zhì)的生成。（3）有害代謝物的控制技術-亞硝酸鹽：泡菜中添加抗壞血酸（0.1%-0.2%）可作為還原劑，將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為NO，抑制其積累；或添加功能性乳酸菌（如戊糖片球菌），其產(chǎn)生的亞硝酸鹽還原酶可降解亞硝酸鹽。-生物胺：腐乳發(fā)酵中，雜菌（如腸球菌）可利用氨基酸脫羧產(chǎn)生生物胺（如酪胺、組胺）。通過篩選不產(chǎn)胺或低產(chǎn)胺的發(fā)酵菌種（如屎腸球菌SF68），并控制發(fā)酵后期NaCl濃度（＞12%）抑制雜菌生長，可使生物胺總量從傳統(tǒng)的500mg/kg降至100mg/kg以下。（4）后處理工藝優(yōu)化-殺菌與包裝：傳統(tǒng)腐乳通過高鹽（16%-18%）抑制微生物，但高鹽不利于健