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绪 论 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 1.1、食品工业的诞生 1.2、国外的食品工业 新西兰的乳业 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。 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。 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。 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。 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。 2016年中国部分大型食品企业 销售收入 1.4、食品工业在国民经济中的地位作用 绪 论 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 2、食品工程原理的研究内容 2.1、课程简介 2.2、研究内容 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. 参 考 书 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. 相关网站 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 。 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 举例： 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） 1、单元操作 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。 单元操作的特点 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。 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 举例 2、三传理论 动量传递（momentum transfer）: 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（hear transfer）: 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（mass transfer）: 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。 单元操作与三传理论的关系 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。 绪 论 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 3、食品工程原理的基本概念 3.1、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 3.1、物料衡算（material balance） 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。 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=ΣG0 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。 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%的脱脂乳和脂肪含量为45%的奶油。生产任务规定6h要求处理原料乳35000kg，试求产品脱脂乳和奶油的流量。 例0-2 雪利酒的配制，以下列a、b、c三种原料酒配制含酒精16.0%、糖3.0%的雪利酒。 a b c 含酒精（%） 14.6 16.7 17.0 含 糖（%） 0.2 1.0 12.0 总物料衡算：ma+ mb+ mc=100kg 对酒精的物料衡算： 0.146ma + 0.167mb + 0.170mc=0.16*100 对糖的物料衡算： 0.002ma + 0.01mb + 0.12mc=0.03*100 将式（1）、（2）、（3）联立可解得： ma=36.8kg; mb=42.4kg; mc=20.8kg. 3.2、能量衡算（energy balance） 能量以各种形式存在，如机械能、热能、电磁能、化学能、原子能等。 本课程所用到的能量主要有机械能和热能。 能量衡算的依据是能量守恒定律。 热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。 能量衡算的依据是能量守恒定律，对热量衡算可以写成： ΣQΙ=ΣQ0+ΣQL 式中，ΣQΙ—随物料进入系统的总热量，kJ或kw; ΣQ0—随物料离开系统的总热量，kJ或kw; ΣQL —向系统周围散失的热量，kJ或kw。 热量计算公式 Q=m△H 式中，m—物料的质量，kg；H—物料的焓，kJ/kg。焓是一个相对量与基准温度有关，一般以0℃为基准，焓为零。 Q=mcp△t 式中， m—物料的质量，kg； t—温度，℃(K)； cp—等压比热容，kJ／(kg·℃) 例0-3 番茄酱的冷却，将固形物含量为40%的番茄酱以100kg/h的流量输入冷却器，使其由90℃有冷却到20℃，隔着金属壁冷却用水由15℃升至25℃，求冷却水的流量。 解：画出过程框图 以0℃作温度基准 进入系统的热流量 离开系统的热流量： 因过程在系统中无积累热量，故 ，则 水的比热容为 J/(kg·K)，而番茄酱的比热容要由其中固形物的比热容和水的比热容按照上述计算。若食品中非脂肪成分的比热容取837 J/(kg·K)，则番茄酱的比热容： J/(kg·K) 因此，冷却水的流量kg/h 例0-4 高压灭菌锅中装有1000罐青豆罐头。灭菌时罐头被加热到100℃，离开灭菌锅前要求被冷却到40℃ 。已知冷却水进口温度为15℃ ，出口温度为35℃ ，试计算共需要多少冷却水。已知青豆罐头的比热为4.1kJ/kg·℃，金属罐的比热为0.50kJ/kg·℃ ，每一金属罐的重量是60g，罐头净重0.45kg。假设将灭菌锅锅壁降到40℃需要1.6×104kJ，且忽略热量损失。 离开系统的热量： 金属罐的热量=1000 ×0.06 ×0.50 ×（40-40）= 0 kJ 青豆的热量= 1000 ×0.45 ×4.1 ×（40-40）= 0 kJ 出口处冷却水的能量=w ×4.186 ×（35-40）=-20.9w kJ 例0-5 食物的直接蒸汽加热，将100kg温度为5℃的食品物料引入加热锅中，通入温度为120.2℃的水蒸气直接加热，最后终温度为81.2℃，若食品物料的比热容 J/(kg·K)，求蒸汽的消耗量。 解：画出过程框图 以0℃作温度基准。 水蒸气冷凝放出凝结热后又降温至81.2℃放热，两部分放热之和可由始、终态的焓差直接求得。 查书末附录4的饱和蒸气表，120.2℃水蒸气的比焓为2709.2 kJ/kg，而81.2℃液体水的比焓为339.8 kJ/kg。设蒸汽消耗量为x kg，则蒸汽共放热 而食品物料吸热： 因 ，则蒸汽消耗量 3.3、物系的平衡关系 (relationship of system balance) 平衡状态是自然界中广泛存在的现象。 以食盐的溶解和结晶为例： 食盐浓度>饱和浓度：结晶 食盐浓度<饱和浓度：溶解 一定温度下的饱和浓度为该物系的平衡浓度。 3.4、传递速率 3.5、经济核算(economic evaluations) 绪 论 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 4、单位与单位换算 本节小结 1.了解：本课程的性质、内容、特点、任务； 2.理解和掌握： 单元操作、三传理论以及其关系 单元操作中常见基本概念（物料衡算、能量衡 算、物系的平衡关系、传递速率、经济核算） 单位的正确使用、单位换算。 思考题 1. 什么是单元操作？列举食品加工中常见的单元操作。 2．“三传理论”指什么？与单元操作有何关系？ 3.在空气预热器中用蒸汽将流量1000kg/h，30℃的空气预热至66℃，所用加热蒸汽温度143.3℃，离开预热器的温度为138.8℃，求蒸汽的消耗量。空气比热容1.005 kJ/(kg· ℃)，水蒸汽比热容4.287 kJ/(kg· ℃） 预习任务 第一章 流体流动 第一节 概述 第二节 静止流体的基本规律 第三节 流体在管道内的流动 理论教学内容与学时分配OJP红软基地