食品的干燥方法.ppt

第三 节 食品 的 干 燥 方 法 目 录 u 一、晒干及风干 u二、空气对流干燥 箱式干燥； 隧道式 干燥；输送带式干燥；喷雾干燥；气流干燥 ；流化床干燥；喷动床干燥 u三、传导干燥 回转干燥；滚筒干燥； 真空干燥；冷冻干燥 u四、能量场作用下的干燥 电磁场中的干 燥；声波场中的干燥 1. 了解食品干燥常用方法的基本原理与特点。 2. 不同干燥方法常用设备及其特点是什么？ 3. 不同干燥方法应用于食品干燥的工艺条件控制。 4. 如何选择食品干燥方法与设备？ 本节学习要求 1，按干燥设备的特征来分类： （1）自然干燥方法（晒干与风干等）； （2）人工干燥方法（如箱式干燥、窑房式干燥、隧道式干燥、输 送式干燥、输送带式干燥、滚筒干燥、流化床干燥、喷雾干燥、冷冻干 燥等）。 2，按干燥的连续性分为：（1）间歇（批次）干燥； （2）连续干燥。 3，以干燥时空气的压力来分类： （1）常压干燥； （2）真空干燥。 4，以干燥过程向物料供能热的方法来分类： （1）对流干燥； （2）传导干燥； （3）能量场作用下 的干燥及组合干燥法。 干燥设备的分类 干燥器类型 用于干燥的食物 空气对流干燥 窑式（烘房式） 块片状 箱式、托盘或片盘式 块片状、浆料、液态 隧道式 块片状 连续运输带式 浆料、液状 槽型输送带式 块片状 空气提升式 小块片状、颗粒状 流化床式 小块片状、颗粒状 喷雾式 液态、浆状 转筒干燥 气压式（常压式） 浆状、液态 真空 浆状、液态 真空干燥 真空架式 块片状、浆状、液态 真空带式 浆状、液态 冷冻干燥器 块片状、 表47 .常用于液状和固状食物的干燥型式 晒干是指利用太阳光的辐射能进行干燥的过程。 风干是指利用湿物料的平衡水蒸气压与空气中的水蒸 气压差进行脱水干燥的过程。 晒干过程常包含风干的作用，是常见的自然干燥干燥 方法。 晒干、风干 方法可用于固态食品物料（如果、蔬、鱼 、肉等）的干燥，尤其适于以湿润水分为主的物料（如粮 谷类等）干燥，炎热干燥和通风良好的气候环境条件最适 宜于晒干。 一、晒干及风干 空气对流干燥是最常见的食品干燥方法。 A, 热空气是热的载体，也是湿气的载体。而空气则有自然或强制对 流循环，在不同条件下环绕湿物料进行干燥。热空气的流动靠风扇，鼓 风机和折流板加以控制，空气的量和速度会影响干燥速率。空气的加热 可以用直接或间接加热法： 直接加热空气靠空气直接与火焰或燃烧气体接触； 间接加热靠空气与热表面接触加热。 B, 空气对流干燥一般在常压下进行，有间歇式（分批）和连续式。 C, 被干燥的 湿物料可以是固体、膏状物料及液体。 二、空气对流干燥 箱式干燥是一种比较简单的间歇式干燥方法; 箱式干燥设备单机生产能力不大，工艺条件易 控制。 按气体与物料流动方式有平行流式、穿流式及 真空式。 A, 平行流箱式干燥 B, 穿流箱式干燥 C, 真空箱式干燥 (一)、箱式干燥 A, 隧道式干燥使用的设备实际上是箱式干燥设备的扩大加 长，其长度可达1015m，可容纳515辆装满料盘的小车。 B, 可连续或半连续操作。 C, 隧道干燥设备容积较大，小车在内部可停留较长时间， 适于处理量大，干燥时间长的物料干燥。 D, 干燥介质多采用热空气，隧道内也可以进行中间加热或 废气循环，气流速度一般23 ms1。 E, 根据物料与气流接触的形式常有逆流式、顺流式和混流 式。 (二)、隧道式干燥 A, 输送带式干燥装置中除载料系统由输送带取代装有料盘的小车外 ，其余部分基本上和隧道式干燥设备相同。 B, 湿物料堆积在钢丝网或多孔板制成的水平循环输送带上进行的移 动通风干燥（故也称穿流带式干燥），物料不受振动或冲击，破碎少。 C, 适于膏状物料和固体物料干燥。 D,在干燥过程，采用复合式或多层带式可使物料松动或翻转，有利于 增加空气与物料的接触面，加速干燥速率。 E, 可减轻装卸物料的劳动强度和费用，便于连续化、自动化，适于生 产量大的单一产品干燥，以取代原来采用的隧道式干燥。 F, 按输送带的层数多少可分为单层带型、复合型、多层带型；按空气通 过输送带的方向可分为向下通风型、向上通风型和复合通风型输送带干 燥设备。 （三）、输送带式干燥 喷雾干燥是采用雾化器将料液（可以是溶液、 乳浊液或悬浮液，也可以是熔融液或膏糊液）分散为 雾滴，并用热空气干燥雾滴而完成的干燥过程。 喷雾干燥方法常用于各种乳粉、大豆蛋白粉 、蛋粉等粉体食品的生产，是粉体食品生产最重 要的方法。 喷雾干燥系统有不同的组成与性能。 （四） 喷雾干燥 气流干燥就是将粉末或颗粒食品物料悬浮在热气流中进行干燥的方法 。气流干燥也属流态化干燥技术之一，具有如下特点： A, 颗粒在气流中高度分散，由于热空气与湿物料直接接触，使气固相 间的传热传质的表面积大大增加，强化了传热与传质过程，因此干燥时 间短（0.52 s）。 B, 气固相间的并流操作，可使用高温干燥介质（湿淀粉干燥可使用 400热空气），使高温低湿空气与湿含量大的物料接触，整个干燥过程 物料温度也不高。 C, 干燥设备体积小，热能利用，如使用400以上高温气体为介质， 1kg绝干空气可干燥除湿0.10.15kg，干燥器的热效率可达6075。 D, 设备结构简单，占地面积小，处理量大。 E, 适应性广，可用于块状、膏糊状及泥状物料。对散粒状物料，最大 粒径可达10mm。 (五）、气流干燥 流化床干燥也称沸腾床干燥,是另一种气流干燥法。与气流干燥设 备最大不同的是流化床干燥物料由多孔板承托。 流化床干燥用于干态颗粒食品物料干燥，不适于易粘结或结块的 物料。 流化床干燥的特点： （1）物料颗粒与热空气在湍流喷射状态下进行充分的混合和分散， 气固相间的传热传质系数及相应的表面积均较大，热效率较高，可达60 80。 （2）由于气固相间激烈的混合和分散以及两者间快速地给热，使物 料床温度均匀、易控制，颗粒大小均匀。 （3）物料在床层内的停留时间可任意调节，故对难干燥或要求干燥 产品含水量低的过程比较适用。 （4）设备设计简单，造价较低，维修方便。 （六）、流化床干燥 喷动床又称喷泉床，是一种比较新的技术。 喷动床技术可用于干燥、造粒、冷却、混合、粉碎以及反应等过程。 喷动床干燥器可用于干燥18mm的大颗粒物料，如小麦、豆类、玉 米等农产品，此类大颗粒物料若应用流化床，则需很高流化速度而不经 济。喷动流化床又可用于干燥4080目或更细一些的粉体物料。 常用的喷动床干燥器有单级及多级型式。按其内部结构有分布板式及 无分布板式喷动床干燥器。 （七）、喷动床干燥 * 传导干燥是指湿物料贴在加热表面上（炉底、铁板、滚 筒及圆柱体等）进行的干燥，热的传递取决于温度梯度的存在 。 * 传导干燥和传导对流联合干燥常结合在一起使用。 * 这种干燥的特点是干燥强度大，相应能量利用率较高。 * 为了加速热的传递及湿气的迁移，传导干燥过程都尽量使 物料处于运动（翻动）状态，因此有各种不同的干燥设备。如 转筒干燥，滚筒干燥，真空干燥，冷冻干燥等。 三、传导干燥 回转干燥又称转筒干燥，是由稍作倾斜而转动的长筒所构成。 A, 回转干燥处理量大，运转的安全性高，多用于含水分比较少的颗 粒状物料干燥。 B, 加热介质可以是热气流与物料直接接触方式（类似对流干燥）， 也可以是由蒸汽等热源来加热圆筒壁。 C, 它适于粘附性低的粉粒状物料，小片物料等堆积密度较小的物料 干燥。 D, 回转干燥设备占地大，结构复杂，耗材多，投资也大，目前不少 逐渐由沸腾床（流化床）等所取代。 (一)、回转干燥 滚筒干燥是将物料在缓慢转动和不断加热（用蒸汽加热）的滚筒表 面上形成薄膜，滚筒转动（一周）过程便完成干燥过程。 A, 滚筒干燥可用于液态、浆状或泥浆状食品物料的干燥；但不适于 热塑性食品物料（如果汁类）干燥。 B, 滚筒干燥常用蒸汽作为加热源，对于一般的物料，每m2物料接触 面上的平均干燥速度为1020 kghr1。 C, 经过滚筒转动一周的干燥物料，其干物质可从330增加到90 98，干燥时间仅需2秒到几分钟 D, 根据进料的方式，滚筒干燥设备有浸泡进料、滚筒进料和顶部进 料；根据干燥压力有真空及常压滚筒干燥；也有单滚筒、双滚筒式或装 滚筒等干燥设备。 （二）、滚筒干燥 真空干燥是指在低气压条件下进行的干燥。 A, 真空干燥常在较低温度下进行，因此有利于减少热对热敏性成 分的破坏和热物理化学反应的发生，制品有优良品质，但真空干燥成 本常较高。 B, 采用真空干燥设备一般可制成不同膨化度的干制品。 C, 真空干燥过程食品物料的温度和干燥速度取决于真空度，物料 状态及受热程度。 D, 干燥过程热量常靠传导或辐射向食品传递，也有用热气体或微 波作为热源。 （三）、真空干燥 冷冻干燥又称升华干燥，是指干燥时物料的水分直接由 冰晶体蒸发成水蒸气的干燥过程。 冷冻干燥是目前食品干燥方法中干燥过程物料温度最低 的干燥，用于果蔬、蛋类、速溶咖啡和茶、低脂肉类及制品 、香料及有生物活性的食品物料干燥。 冷冻干燥时，被干燥的物料首先要进行预冻（冻结）， 然后在高真空状态下进行升华干燥. （四）、 冷冻干燥 能量场作用下的干燥指电磁场和声波场中的干燥作 用。 湿物料中的水分对不同能量场中的能量有特殊的吸 收作用，可促进物料中水分汽化，提高干燥速率。 在能量场中能量的传输依然有对流与传导、辐射， 但也有其特殊的形式和要求。 四、能量场作用下的干燥 电磁场中的干燥主要是利用电磁辐射能作为干燥能 源的干燥。 电磁辐射具有粒子波的双层性质，以电磁波形 式传播，不同波长（频率）的电磁波都具有一定的能 级和对食品材料的吸收穿性。 常用于食品干燥的电磁波有红外线、远红外线和 微波。 （一）、电磁场中的干燥 声波场干燥也称超声波（指频率20106 KHz的电磁波）干燥。 声波场作用于湿物料，可使物料温度有所提高，并可强化传质 过程，使物料干燥速率提高。 不同介质对超声波的吸收不同，各种介质的最大吸收声波频率也 有差异，超声波在辐射介质中的吸收，会放出一定热量，使介质温度 相应提高，见表411。 用声波来干燥食品常结合其它干燥方法，利用热空气和强大的低 频声波在干燥室内与湿物料接触，几秒内即可达到干燥要求，其干燥 速率比常规喷雾干燥、转鼓干燥和真空干燥的速率高310倍，节约 燃料50。 适于热敏性和易吸湿性或含脂肪量高的食品物料的干燥。 （二）、声波场中的干燥 （1）结合各种干燥方法的组合干燥装置 即利用两 种不同的干燥设备组合起来，先利用第一干燥器使物料的含水量降至一 定值后，再经第二干燥器，使物料水分及其它指标达到产品要求，以提 高设备生产效率，改善产品质量，如喷雾干燥方法中速溶奶粉生产的二 段法生产工艺。 （2）结合各种热过程的联合干燥装置 就是把干燥、 脱水、冷却等过程组合起来，实现一机多用的目的外，还可以合理地利 用能源，实现生产的连续化。 （3）结合其它过程的联合干燥装置 干燥器附带搅拌 机和粉碎机的联合装置，可大大改善干燥物料流的流体力学状态，有利 于破碎结块和消除粘壁现象，提高干燥速率。 组合干燥 A, 它具有投资少、管理粗放、生产费用低，能在产地就地进行干燥 。 B, 自然干燥还能促使尚未完全成熟的原料在干燥过程进一步成熟。 C, 自然干燥缓慢，干燥时间长。晒干时间随食品物料种类和气候条 件而异，一般23天，长则10多天，甚至更长时间。 D, 干燥最终水分受到限制，常会受到气候条件的影响和限制。如在 阴雨季节就无法晒干，而难以制成品质优良的产品，甚至还会造成原料 的腐败变质。 E, 自然干燥还需有大面积的晒场和大量劳动力，生产效率低，又容易 遭受灰尘、杂质、昆虫等污染和鸟类、啮齿动物等的侵袭，制品的卫生 安全性较难保证。 F, 科学利用太阳能，充分利用天然能源。 自然干燥的特点 晒干及风干要求 A, 食品晒干有采用悬挂架式，或用竹、木片制成的晒 盘、晒席盛装干燥。物料不宜直接铺在场地上晒干，以保 证食品卫生要求 B, 晒干场地宜选在向阳，光照时间长，通风位置并远 离家畜厩棚、垃圾堆和养蜂场，场地便于排水，防止灰尘 及其它废物的污染。 C, 为了加速并保证食品均匀干燥，晒干时注意控制物 料层厚度。不宜过厚，并注意定期翻动物料。 料液雾化的方法： u（1）气流式喷雾 它是采用压缩空气（或蒸汽）以很 高的速度（300 ms1）从喷嘴喷出，利用气液两相间的速度差 所产生的摩擦力，将料液分裂为雾滴，故也称为双流体喷雾。 u（2）压力喷雾 采用高压泵（0.170.34 Mpa）将料液 加压，高压料液通过喷嘴时，压力能转变为动能而高速喷出分 散的雾滴。 u（3）离心喷雾 料液在高速转盘500020000 r min1或 圆周速度为90150 ms1中受离心力作用从盘的边缘甩出而雾 化 u(1), 喷雾干燥是非常细小的雾滴与热空气接触，具有极大的表面 积，有利于传热传质过程，因此物料干燥时间短（几秒至30秒） ； u(2), 干燥温度较低，适于热敏性物料的干燥； u(3),可生产粉末状、空心球状或疏松团粒状，且具有较高的速溶性 产品； u(4),容易通过改变操作条件以调节控制产品的质量指标，如粒度分 布、最终湿含量等； u(5), 干燥流程简化，操作在密闭状态下进行，有利于保持食品卫 生、减少污染； u(6), 所需设备较庞大，空气消耗量大、热利用率低，动力消耗也 较大，因此，喷雾干燥总的设备投资费用较高 喷雾干燥特点 喷雾干燥系统 u一级喷雾干燥系统： 主要有开放式、闭式 循环、半闭式循环和自惰式循环四种型式； u二级喷雾干燥系统，又称直通速溶系统； u流化床喷雾造粒系统 A, 间歇式真空干燥 搁板式真空干燥设备是最常用的间歇式真空干燥设备， 也称为箱式真空干燥设备。常用于各种果蔬制品（如液体、 浆状、粉末、散粒、块片等）的干燥，也用于麦乳精、豆乳 精等产品的发泡干燥. B, 连续式真空干燥 连续式真空干燥是真空条件下的带式干燥。 真空干燥设备的分类 A, 冷冻干燥在真空度较高，物料温度低的状态下干燥， 可避免物料中成分的热破坏和氧化作用，较高保留食品的色、 香、味及维生素C； B, 干燥过程对物料物理结构和分子结构破坏极小，能较好 保持原有体积及形态，制品容易复水恢复原有性质与状态； C, 冷冻干燥的设备投资及操作费用较高，生产成本较高， 为常规干燥方法的25倍。 冷冻干燥的特点 物料的冻结有两种方法，即自冻法和预冻法。 自冻法 : 是利用物料表面水分蒸发时从它本身吸收汽化潜热，使物 料温度下降，直至它达到冻结点时物料水分自行冻结的方法。 该法水分蒸发降温过程容易出现物料变形或发泡等现象，因此要合 理控制真空室的真空度，对外观形态要求较高的食品物料，干燥会受到 限制。 此法的优点是可以降低脱水干燥所需的总能耗。 预冻法: 是干燥前用常规的冻结方法，如高速冷空气循环法、低温 盐水浸渍法、低温金属板接触法、液氮、液态二氧化碳等载冷剂喷淋或 浸渍法将物料预先冻结。此法适于蔬菜类等物料冻结。 冷冻速度会对干燥速度产生影响。 物料的冻结方法 冷冻速度对干燥速度的影响 A, 冻结速度影响干制品的多孔性。冻结速度愈快，物料内形成的冰 晶体愈微小，其孔隙愈小，干燥速度愈慢。 B, 冷冻速度还会影响物料的弹性和持水性。30经15 min 冻结 的芦笋和在15温度中冻结的相比，前者具有较好的弹性和持水性。 C, 缓慢冻结时形成颗粒较大的冰晶体，会破坏干制品的质地并引起 细胞膜和蛋白质（如鱼肉）变性。 冷冻干燥的干燥过程包括两个不同的步骤：升华和解吸 ，它可以在同一干燥室中进行，也可在不同干燥室进行。 升华 升华也称初步干燥，是冷冻干燥的主体部分。升华温度与 压力有密切联系，冻结物料中的水分在真空条件下要达到纯粹的、强烈 的升华, 。要注意三个主要条件：即干燥室绝对压力，热量供给和物料 温度。 解吸 当冰晶体全部升华后，第一干燥阶段即完成。但此时的物 料仍有5以上没有冻结而被物料牢牢吸附着的水，必须用比初期干燥 较高的温度和较低的绝对压力，才能促使这些水分转移，使产品的含水 量降至能在室温下长期储藏的水平，这就需二次干燥。影响二次干燥的 速度及时间的因素与升华过程相同，即温度和绝对压力。 冷冻干燥的干燥过程 在真空室内的绝对压力（总压力）应保持低于物料内冰晶 体的饱和水蒸气压，保证物料内的水蒸气向外扩散。 冻结物料温度的最低极限不能低于冰晶体的饱和水蒸气 （等于真空室内的压力）相平衡的温度。 如真空室内绝对压力为0.04 kpa (0.3 mmHg)，物料内冰晶 体的饱和水蒸气压和它平衡时相应的温度为30，因此冻结 物料的温度必然高于30。 根据经验，在预先确定物料温度的条件下，最适宜绝对 压力可以定在冰上饱和蒸汽压力的三分之一。如含糖量高的水 果需0.033 kpa (0.25 mmHg) 的绝对压力，而洋葱却需0.17 0.20 kpa 。 绝对压力影响 热量的提供可来自不同的系统，应用较多的是 接触式冷 冻干燥设备。加热板一般用蒸汽或其它热介质通入板内加热， 加热板的温度应以物料所能忍受的温度为限，一般为3866 。 升华干燥时物料形态固定不变，水分子外逸后留下的是孔 隙，形成海绵状多孔性结构。它具有良好的绝热性，不利于热 量的传递。此时，若能利用辐射热、红外线、微波等能直接穿 透干燥层到后移的冰层界面上，就能加速热量传递，有效增加 总的干燥速率。 增大加热板和物料间距离并提高加热板温度，热量就能以 辐射方式传给物料。 热量供给控制 A, 过度加热会引起物料温度升高，当料温超过冰晶开始 融化温度时，溶液自由沸腾： 使溶液中挥发性的芳香物质损失增加； 容易引起泡沫或充气膨胀； 液相沸腾的蒸汽气流带走一些颗粒而造成损失。 B, 但有些食品物料能承受有限度的夹层融化，温度升高 对增加干燥速度是有利的，通常可以在开始融化温度t im和允许融 化温度t am两个限度之间画出一条工作带。 C, 食品物料的t im值在2151之间（对于果汁甚至 可达7080），而允许融化的温度t am在1032之 间。 温度控制 红