食品加工(Food Processing) Wk 1

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 食品原料的特性 生活習性及方式的變遷 人口快速的增長 無論時間 無論地區 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) Low temperature (T) 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 (microwave, radio frequency, pulsed magnetic fields, high electric fields), high temperatures (blanching, pasteurization, sterilization, evaporation, extrusion, baking, frying), ionizing radiation, low temperature (chilling, freezing), modified atmospheres, packaging films (including active packaging, edible coatings), photodynamic inactivation, ultra-high pressures, ultrasonication, ultraviolet radiation

Type of Hurdle (continue) Physicochemical Carbon dioxide, ethanol, lactic acid, lactoperoxidase, low pH, low redox potential, low water activity, Maillard reactionproducts, organic acids, oxygen, ozone, phenols, phosphates, salt, smoking, sodium nitrite/nitrate, sodium or potassium sulphite, spices and herbs, surface treatment agents

Type of Hurdle(continue) Microbial Antibiotics, bacteriocins, competitive flora, protective cultures

Synergistic effects(協同效應) of Hurdle Technology Gram-positive bacteria include some of the more important spoilage bacteria, such as Clostridium, Bacillus and Listeria. A synergistic enhancement occurs if nisin is used against these bacteria in combination with antioxidants, organic acids or other antimicrobials. Combining antimicrobial hurdles in an intelligent way means other hurdles can be reduced, yet the resulting food can have superior sensory qualities.

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 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 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。

熱加工的類型和特點 1. 工業烹飪（Industrial cooking） 2. 殺菁或熱燙（Blanching or Scalding） 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。

熱能在食品中的傳遞 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。

殺菌的分類 絕對殺菌(absolute sterilization) 商業殺菌(commercial 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(blanching)。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 pasteurization；HTST ） 又稱巴氏瞬間殺菌法（flash pasteurization） 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 開山祖師 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。 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 原料 調理 裝罐及添加湯汁 脫氣、密封、殺菌 冷卻 觀察期 依原料特性、加工層次及消費者需求之不同而有所差異 固型量的影響 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 裝罐及添加湯汁 固型量的影響 脫氣、密封、殺菌 罐頭食品的主要的三大過程 冷卻 迅速冷卻至35℃，並擦乾罐表面的水 觀察期 7~10天

罐頭的脫氣的目的 防止好氣性微生物的滋長 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 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 機械真空脫氣法 蒸汽脫氣法 封罐前將食品加熱 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 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

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 容積： 462.30 cm3

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) C-塗料 (c-enamel) 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 缺點 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 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 缺點 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 透明 易破碎 導熱性差 玻璃碎片 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) 聚丙烯(polypropylene; pp) 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; PVDC) 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) 聚乙酯(polyester; PET) 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) 玻璃紙(cellophane) 木漿 木漿經NaOH處理 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