绪论
　　“民以食为天”，食物是人类生存和发展的重要物质基础。人类的一切生命活动，包括生长、发育、细胞更新、组织修复等都必须从外界摄取物质和能量。为维持正常生活机能而经口摄人体内的含有营养素的物料统称为食物或食料。一般把经过加工和处理，可作为商品流通的食物称为食品。食品作为商品的最主要特征是每种食品都有其严格的理化和卫生标准，它不仅包括可食用的内容物（实体），还包括为了流通和消费而采用的各种包装方式和内容（形体）及销售服务。
　　食品加工的最初形式是干制食品，这可以追溯到原始游牧时期，人们把吃不完的肉任意弃置、自然风干，当无猎获时而重新食之，但第一个人工利用热空气干燥食品的例子出现在1795年的法国。冷却或冷冻食品的历史也可追溯到很早以前，最初是利用自然冰来延长食品的保藏期。19世纪，美国人David、Boyle和德国人I.inde分别发明了以氨为制冷剂的压缩式冷冻机。从此人工冷源开始逐渐代替了天然冷源，使食品的冷冻、冷藏的技术手段发生了根本性的变革。利用高温生产安全食品可追溯到1810年的法国，阿培尔( Appert)为法国军队研制可保藏的食品，发明了食品的商业化灭菌技术。到了19世纪60年代，巳斯德(Pasteur)在研究啤酒和葡萄酒时发明了巴氏消毒法。
　　食品加工是以动物、蔬菜或海产品为原料，利用劳动力、机器、能量及科学知识，把它们转变成半成品或可食用的产品。食品加工的所有发展都具有类似或共同的起因，一是要获得或维护产品中微生物的安全性；二是延长食品货架寿命。如果食物没有经过一些加工处理，则食用后就有可能引发疾病，也没有希望在全年获得许多季节性商品。
　　食品工业是指有一定生产规模、相当的动力和设备，采用科学生产和管理方法，生产商品化食品及其他工业产物的体系。食品工业与人民生活密切相关，食品工业的发展水平标志着一个国家人民的生活水平，直接关系到民族和国家的盛衰。食品工业具有投资少、建设周期短、收效快的特点，其产品不仅供应国内市场，而且也是国家重要的出口换汇物资。食品工业已是我国国民经济的支柱产业，对推动农业发展，增加农民收入，改变农村面貌，推动国民经济持续、稳定、健康发展具有重要意义。
　　中国是一个有着13亿人口的大国，食品工业是关系国计民生的“生命工业”。按2011年我国国民经济行业分类，食品工业包括4个大类、21个中类、79个小类。这4个大类为：①食品加工业，包括粮食及饲料加工业、檀物油加工业、制糖业、屠宰及肉类蛋类加工业、水产品加工业、食用盐加工业和其他食品加工业；②食品制造业，包括糕点和糖果制造业、乳制品制造业、罐头食品制造业、发酵制品业、调味品制造业、食品添加剂制造业和其他食品制造业；③饮料制造业，包括乙醇及饮料酒制造业、软饮料制造业、制茶业和其他饮料制造业；④烟草加工业，包括烟叶复烤业、卷烟制造业和其他烟草加工业。
　　显然，现代食品工业已发展成为包括食品加工业和食品制造业的一大产业。现代的食品加工也不再是传统的农副产品初级加工的概念范畴，而是指对可食资源的技术处理，以保持和提高其可食性和利用价值，开发适合人类需求的各类食品和工业产物的全过程。
　　20世纪80年代以来，在巨大的市场需求拉动下，食品工业成为工业发展中发展最快的行业之一。1980～2000年，我国食品工业总产值年均增长速度达13.1%，至2000年我国食品工业总产值（当年价）已达8434亿元，利税达1430.3亿元，出口创汇达132. 31亿美元。2008年，我国食品工业总产值达4.2万亿元，占当年国内生产总值(GDP)的13. 97%，成为国民经济的重要支柱产业。2010年，我国年销售额在2000万元以上的食品企业有41 867家，从业人员654万人，现价工业总产值达6. 31万亿元；按工业增加值计算，食品工业占全国工业的10. 4%。据专家预测，到2015年我国食品工业总产值将达12.7万亿元，利税达1.6万亿元。随着工业化、城镇化及全球化的发展及人们收入水平的不断提高，食品工业的重要性越来越显著。食品工业主要产品产量大幅增长，质量提高，品种多样，丰富了我国食品市场，满足了人们生活水平不断提高的要求。
　　食品加工是依据技术上先进、经济上合理的原则，利用适合的食品加工单元操作组合，把食品原料转变为食品的操作。例如，浓缩橘子汁生产加工过程主要包括：橘子的选择（分级、清洗等）、压榨取汁、澄清过滤（或均质脱气）、真空浓缩、灌装、杀菌、冷却赃藏等操作单元；速冻豌豆生产加工过程主要包括：豌豆的选择、分级、清洗、热烫灭酶、快速冷却、单体速冻、包装、冻却贮藏等操作单元；午餐肉罐头生产加工过程主要包括：原料肉解冻、腌制、绞肉及斩拌、装罐、真空密封、高压杀菌、冷却贮藏等操作单元。由于食品种类的繁多，其生产过程中所涉及的操作单元的数量是非常可观的。而且对于某一特定产品来说，由于加工方法的不断完善，各个生产厂家在生产中采用的方法、设备均有不同程度的差异。要想把所有食品生产加工工艺都学到是一件不可能做到的事情，也没有必要。便捷的办法是通过系统地学习食品加工单元操作的原理，用其指导食品工艺学的学习和食品加工工艺的研究，具有事半功倍的效果。
　　食品工业中的加工过程可以划分为一系列使物料发生预期的物理变化的基本操作，即单元操作。例如，许多食品加工所共有的单元操作，包括清洗、涂膜、过程控制、粉碎、干燥、浓缩、发酵、成型、加热处理、低温处理、物料输送、混合、包装、泵送和分离等。其中大部分单元操作可适用于多种食品的生产制造。例如，加热处理可运用于牛奶中的巴氏杀菌、罐藏食品的灭菌、花生米的烘炒及面包的焙烤等各种液体和干燥食品的制备过程。
　　此外，每一单元操作部可能包含大量不同的操作形式。例如，混合这种单元操作包括液体物料的搅拌混合、固体物料的混合、可塑食品的捏合混合等。制造蛋白质泡沫时，要在空气中搅打、混合；制备干蛋糕混合配料时，则采用将各种干燥辅料掺和的办法来混合；制造蛋黄酱时，需选择乳化的方法混合；牛奶制品则要选用均质的方法混合以防止脂肪分离；在面包面团的混合、醒发过程中，需采用捏合混合。
　　特别强调的是，将所有食品加工过程简单地划分成单元操作并不是十分正确的，有时会发生单元操作的交叉现象。例如，滤除啤酒中的微生物既可以看作清洗过程也可以看作分离过程，两者都有一定的道理；谷物的磨粉操作既可看作破碎，也可看作分离，尽管实际上它兼有这两种单元操作，即先破碎后分离。但交叉现象并不影响单元操作这一概念的重要意义，它促使人们能够有条理地进行思考，而且许多食品教科书和绝大部分食品设备目录均按照单元操作进行分类。
　　对于任何一种食品的整个加工过程，如午餐肉罐头和浓缩橘汁的生产，都可以看出这些加工过程总是由一系列单元操作按照合理的顺序组合而成的。在现代化的食品加工中，这些单元操作连接得非常紧密，以至于足以实现连续平稳的自动控制生产。
　　因此，食品加工的关键因素之一便是恰当地选择各种单元操作，并将其正确地组合成一些更为复杂的完整加工体系。这些单元操作及其构成的整个加工过程需消耗大量的能源。能耗费用是产品成本的重要组成部分，促使人们集中精力从优化能源的角度来考虑各种单元操作、设备设计以至整个加工过程。目前，人们非常感兴趣的是分析加热／冷却过程和回收利用原来被排至下水道或大气中的热量；对脱水、浓缩、冷冻、杀菌和其他一些单元操作在操作时间和温度方面进行了重新评价，因为这两个因素不仅影响着能源的消耗，而且还与产品的特性和安全性能有关；物料输送与清洗过程所需能源通常与果蔬的种类和原料进厂前的农业操作有关，去皮、切割和破碎中的能耗也是如此；生产包装纸、镀锡薄钢板、铝板、玻璃和塑料等各种现代化包装材料及各种不同包装形式所需要的能源也各有差异；采用脱除水分的方法进行保藏会影响产品的质量与体积，进而影响产品在随后的运输和气调保藏中的能耗。一般而言，工业化生产的加工食品所消耗的能源远远低于家庭制备类似产品时的能耗。
　　近年来，随着食品加工新技术的不断涌现，每个单元操作的选择余地也在不断增加。人们已经做了大量的研究工作，开发了超临界萃取、欧姆加热及高压杀菌技术等提高产品质量和生产效率的加工方法。
　　食品加工单元操作原理是一门运用微生物学、生物学、化学、物理学等各方面的基础理论和知识，研究及讨论食品生产和贮运过程涉及单元操作的基本原理的学科。本书按食品产业链中与食品工业紧密相连的重要单元操作方法划分章节，阐明食品加工过程中常见的重要单元操作的基本原理和设备及其在实际工作中的应用，希望通过教学或白学，使读者比较牢固地掌握基本理论与知识，以指导人们进行食品工艺学的学习和实践，为将来所从事的食品实际工作奠定坚实的基础。
　　第一章 食品微细化技术
　　第一节 食品粉碎基本理论
　　粉碎是用机械力的方法来克服固体物料内部凝聚力，使固体物料成为达到一定尺寸的颗粒或小块物料的单元操作。习惯上将大块物料分裂成小块物料的操作称为破碎；将小块物料分裂成细粉的操作称为磨碎或研磨。两者又统称为粉碎。
　　根据被粉碎物料和成品粒度的大小，粉碎可分为粗粉碎、中粉碎、微粉碎和超微粉碎4种。
　　1)粗粉碎原料粒度为40～1500mm，成品颗粒粒度为5～50mm。
　　2)中粉碎原料粒度为10～100mm，成品颗粒粒度为5～10mm。
　　3)微粉碎（细粉碎）原料粒度为5～10mm．成品颗粒粒度在100μm以下。
　　4)超微粉碎（超细粉碎）原料粒度为0.5～5mm，成品颗粒粒度在25μm以下。
　　粉碎操作在食品工业中占有非常重要的地位，主要表现在以下3个方面。
　　1)适应某些食品消费和生产的需要。例如，面粉是以粉末形式使用的，巧克力等食品生产需要将各种配料粉碎至足够细小的颗粒才能保证物料的均匀分布和最终产品的品质。
　　2)增加固体表面积，以利于后续处理的顺利进行。例如，在蔬菜干燥前和玉米湿加工前一般需将大块物料粉碎成小块物料。
　　3)配方食品和功能性食品的生产需要。一般来说，各种配料经扮碎来控制相近的粒度，才能混合均匀，防止各种粉料混合后再产生白动分级的离析现象，粉碎的好坏对最终产品的质量影响很大。
　　一、粉碎物料的粒度与粒度分布
　　1．粒度
　　粒度是指物料颗粒的大小，是粉碎程度的代表性尺寸。对于球形颗粒来说，其粒度为其直径。对于非球形颗粒，则有以表面积、体积或质量为基准的各种粒度表示法。
　　(1)表面积为基准的名义粒度ds
　　将颗粒的表面积转换成球体表面积，得到的球体直径为以表面积为基准的粒度ds。假设颗粒表面积为S，则
　　 (2)体积为基准的名义粒度dv
　　将颗粒的体积转换成球形体积，得到的球体直径为以体积为基准的粒度dv。假设颗粒体积为V，则
　　(1-2)
　　dv最常用来表示粉碎物颗粒的代表性尺寸，又称为颗粒的当量直径。
　　2．粒度分布
　　粉碎后的固体颗粒不仅形状不一致，其大小也不一致。在全部颗粒中，粒度小于矗的所有颗粒的粒数、表面积和体积占全部颗粒的粒数、表面积和体积的百分率，分别称为粒数、表面积与体积的累积分布函数，以符号A(d)表示。
　　如将累积分布函数对粒度d微分，即得频率分布函数f(d)为
　　(1-3)
　　频率分布函数也有粒数[f(N)]、表面积[f(S)]和体积[f(V)]3种，分别表示粒度为d、粒度增量为1单位范围内颗粒数目、表面积和体积所占的百分率。由上述定义可知，若最小粒度为dm．、最大粒度为，则
　　(1-4)
　　粉碎物料颗粒的粒度分布可以通过筛分或显微镜观察等方法进行测定，这样得到的实际粒度分布可以通过数理统计方法综合成粒度分布函数式。