工艺技术_食品的干制方法概述

第四节食品的干制方法 干制方法可以区分为自然和人工干燥两大类自然干制 在自然环境条件下干制食品的方法 晒干 阴干 人工干制 在常压或减压环境中用人工控制的工艺条件进行干制食品 有专用的干燥设备 如 空气对流干燥设备 滚筒干燥设备 真空干燥设备等本节主要讨论人工干制的方法 一 空气对流干燥 空气对流干燥是最常见的食品干燥方法 这类干燥在常压下进行 食品可分批或连续地干制 而空气则一般为强制地对流循环 流动的热空气不断和食品密切接触并向它提供蒸发水分所需的热量 有时还要为载料盘或输送带增添补充加热装置采用这种干燥方法时 在许多食品干制时都会出现恒率干燥阶段和降率干燥阶段 因此 干制过程中控制好空气的干球温度就可以改善食品品质 1 柜 厢 式干燥设备 基本结构 特点 间歇型 小批量 设备容量小 易控制 但操作费用高操作条件 空气温度 94 空气流速2 4m s 时间较长10 20h适用对象果蔬或价格较高的食品或作为中试 摸索物料干制特性 为确定大规模工业化生产提供依据 2 隧道式干燥设备 为了增加干燥的能力 将干燥室加长 可达十几米到几十米 物料从一头进到另一头出来 即为隧道式干燥设备通常根据热空气流动和物料移动的方向 将隧道式干燥设备分为逆流或顺流隧道式干燥设备 一些基本名称或概念 对于热空气高温低湿空气进入的一端 热端低温高湿空气离开的一端 冷端对于物料湿物料进入的一端 湿端干制品离开的一端 干端对于设备热空气气流与物料移动方向相反 逆流热空气气流与物料移动方向一致 顺流 1 逆流隧道式干燥设备 基本结构物料与气流的方向相反 湿端即冷端 干端即热端 系半连续性 特点及应用A 湿物料先在冷端遇到的是低温高湿空气 物料因含有高水分 尚能大量蒸发 但蒸发速率较慢 这样不易出现表面硬化或收缩现象 而中心又能保持湿润状态 因此物料能全面均匀收缩 不易发生干裂 适合于初期干燥速率过快容易干裂的水果如李 梅等 B 干端处食品物料已接近干燥 水分蒸发已缓慢 但因遇到的是高温低湿空气 干燥仍可进行但比较缓慢 干制品的平衡水分可相应降低 最终水分可低于5 C 干端处物料温度容易上升到与高温热空气相近的程度 此时 若干物料的停留时间过长 容易焦化 为了避免焦化 干端处的空气温度不宜过高 一般不宜超过77 D 逆流干燥 湿物料水分蒸发相对慢 总的干燥速率低 故湿物料载量不宜过多 即设备干燥能力将下降 此外 因为在低温高湿的空气中 若物料易腐败或菌污染程度过大 会有腐败的可能 故易腐败的物料不宜采用逆流干燥 2 顺流隧道式干燥设备 基本结构湿端即热端 冷端即干端 特点与应用A 湿物料与干热空气相遇 水分蒸发快 湿球温度下降比较大 可允许使用更高一些的空气温度如90 进一步加速水分蒸发而不至于焦化 B 干端处则与低温高湿空气相遇 水分蒸发缓慢 干制品平衡水分相应增加 干制品水分难以降到10 以下 因此 吸湿性较强的食品不宜选用顺流干燥方式 两种干燥设备干燥曲线的比较 3 双阶段干燥设备 基本结构顺流干燥 湿端水分蒸发率高逆流干燥 后期干燥能力强 平衡水份低 双阶段干燥 取长补短特点 干燥比较均匀 生产能力高 品质较好用途 苹果片 蔬菜 胡萝卜 洋葱 马铃薯等 现在还有多段式干燥设备 有3 4 5段等 有广泛的适应性 3 输送带式干燥设备 1 多层输送带特点 物料有翻动物流方向有顺流和逆流操作连续化 自动化 生产能力大 减轻装卸物料强度增加了高度 占地少 2 双带式干燥 特点 分成两个阶段 第一阶段 区段1 因物料高湿 热空气自下而上 区段2和第二阶段 物料减轻 热空气自上而下 以免吹跑物料 蔬菜脱水干制时 第一阶段 区段1 空气温度可93 127 区段2 71 104 第二阶段 54 82 有利于制成品质优良的产品 占面积大 但投资成本较低 4 气流干燥设备 基本结构见图用气流来输送物料使粉状或颗粒食品在热空气中干燥关键的系统有加料器和旋风分离器 关键是稳定而均匀加料 加料器结构 旋风分离器的工作原理将粉末与空气分离 特点 干燥强度大 悬浮状态 物料最大限度地与热空气接触 温度121 190 干燥时间短 0 5 5秒 并流操作 散热面积小 热效高 小设备大生产 适用范围广 物料 晶体 有磨损 动力消耗大适用对象 水分低于35 40 不易结块的物料例如糯米粉 马铃薯颗粒 5 流化床干燥设备 基本结构使颗粒食品在干燥床上呈流化状态或缓慢沸腾状态 与液态相似 适用对象 颗粒或粉粒状食品 固体饮料 造粒后二段干燥 流化床类型 单层流化床干燥器 多层流化床干燥器 卧式多室流化床干燥器 喷动流化床干燥器 振动流化床干燥器 6 喷雾干燥设备 喷雾干燥就是将液态或浆状食品喷成雾状液滴 悬浮在热空气气流中进行脱水干燥过程设备主要由雾化系统 空气加热系统 干燥室 空气粉末分离系统 鼓风机等主要部分组成 1 喷雾系统 使液体形成小液滴 产生大量表面积有利于水的蒸发 常用的喷雾系统主要有三类装置 压力喷雾 液体在高压下 700 1000kPa 下送入喷雾头内以旋转运动方式经喷嘴孔向外喷成雾状 一般这种液滴颗粒大小约100 300 m 其生产能力和液滴大小通过食品流体的压力来控制 离心喷雾 液体被泵入高速旋转的盘中 5000 20000rpm 在离心力的作用下经圆盘周围的孔眼外逸并被分散成雾状液滴 大小10 500 m 气流喷雾 在压力为150 500kPa的压缩空气经双流体喷头内环孔向外喷射时 将同时来自喷头中心孔的液态分散成雾状液滴 三类雾化器的特点 2 空气加热系统 蒸汽加热电加热温度150 300 食品体系一般在200 左右 3 干燥室 液滴和热空气接触的地方 可水平也可垂直 为立式或卧式 室长几米到几十米 液滴在雾化器出口处速度达50m s 滞留时间5 100秒 根据空气和液滴运动方向可分为顺流和逆流 干燥时的温度变化空气约200 产品湿球温度一般在80 以下 4 空气粉末分离系统 将空气和粉末分离 大粒子粉末由于重力而将到干燥室底部 细粉末靠旋风分离器来完成 难以分离的细粉要用布过滤器 5 喷雾干燥的特点 蒸发面积大干燥过程液滴的温度低过程简单 操作方便 适合于连续化生产耗能大 热效低 6 喷雾干燥的典型产品 奶粉速溶咖啡和茶粉蛋粉豆奶粉酶制剂酵母提取物干酪粉 7 喷雾干燥的发展 与流化床干燥结合的两阶段干燥法再湿法和直通法 二 接触干燥 被干燥物与加热面处于密切接触状态 蒸发水分的能量来自承载物料的表面以传导方式进行干燥 又称传导干燥间壁传热 而不是加热空气来传热 干燥介质可为蒸汽 热油这类设备的常见例子是滚筒干燥机 滚筒干燥设备 1 基本结构金属圆筒在浆料中滚动 物料为薄膜状 受热蒸发 热由里向外2 设备类型 1 单滚筒 示意图 2 双滚筒 示意图 双滚筒干燥设备系统示意图见P65 3 特点热传递和质量传递很快 接触时间2秒 几分钟 可实现快速干燥 采用高压蒸汽加热 可使物料固形物从3 30 增加到90 98 表面温度可达100 145 热能经济 干燥费用低 因与高温接触 食品带有煮熟或焦糊味4 适用对象浆状 泥状 糊状 膏状 液态 一些受热影响不大的食品 如麦片 米粉 三 真空干燥 食品在低气压条件下 热量通常由传导或辐射向食品传递 进行物料干燥 气压愈低 水沸点愈低 易蒸发 可降低干燥温度 减少氧化反应等 适合于不耐高温的食品 1 基本结构干燥箱 真空系统 供热系统 冷凝水收集装置 2 设备类型间歇式真空干燥设备连续式真空干燥 带式输送 设备 间歇式真空干燥设备系统蒸汽喷射泵抽气系统制冷冷凝器和真空泵组合的抽气系统三级蒸汽喷射泵 连续式输送带式真空干燥设备 为保证干燥室中真空度 有专门设计的密封性连续进料和出料装置 生产品质优良的橙汁晶粉 速溶茶等 真空与其他干燥设备结合则可形成多种形式的真空干燥设备 如真空滚筒干燥 见书P68 真空滚筒干燥 3 特点可降低干燥温度 可使水分降低到2 左右物料呈疏松多孔状 能速溶 可使被干燥物料轻微膨化 4 适用对象水果片 颗粒 粉末如麦乳精 速溶茶等 思考题 解释名称 热端 冷端 干端 湿端 顺流 逆流 简述顺流和逆流干燥设备的区别和特点 在空气对流干燥方法中有那些设备 每类设备的适用性 真空干燥设备的组成和特点 喷雾干燥设备的组成及特点 四 冷冻干燥 在高真空度下 如果再将温度降低到食品的冷冻温度下 则食品中的水变成冰 在此条件下 冰会直接从固态变成水蒸汽 升华 而脱水 是一种冷冻温度下的真空干燥 称冷冻升华干燥 利用冰晶升华原理 1 冷冻干燥条件 要使物料中的水变成冰 同时由冰直接升华为水蒸汽 则必须要使食品物料的水溶液温度保持在三相点以下 纯水三相图见下图 O点 固液气 三相点 压力610Pa 温度0 BO 升华曲线 OA 液化曲线 对于食品来说 因食品水分中有溶质 是含有多种溶质的混合溶液 溶液冻结时则成为低共熔混合物或共晶溶液 当共晶溶液开始冻结的温度称为共晶点温度 它是溶液完全冻结固化的最高温度 冻结固化点也是熔化开始点 所以共晶点温度也称为共熔点温度 随着食品水溶液浓度增加 其共晶点或共熔点温度和它的水蒸气压都相应下降 故食品水冻结时要低于0 一般在 4 以下 压力要小于600Pa 冷冻干燥条件 1 食品冷冻温度 4 2 食品升华一般要绝对压力 500Pa 最高真空一般达到15 5Pa 2 食品的冻结 食品中的水被最大量地冻结 食品冻结对干燥的影响 食品冻结方法 1 最大冻结浓度 食品在冻结时 先是自由水会结晶析出 剩下溶液的溶质浓度增加 冰点下降 随着冷冻进行 最终达到最大冻结浓度 此时为最低共熔点 当温度下降到此点以下时 溶液被全部冻结 确切地说是非结晶性的玻璃态 要使食品中水被最大程度冻结 通常食品的冻结温度采用 45 30 2 冰晶体大小对干燥的影响 缓慢冻结时形成的冰晶体大 当升华时留下多孔性通道 干燥速度快 冻结速度快 冰晶体小 干制品有较好的复原性 干燥时间要长一点 3 常见的冻结方法 自冻法就是利用物料表面水分蒸发时从它本身吸收汽化潜热 促使物料温度下降 直至它达到冻结点时物料水分自行冻结 如能将真空干燥室迅速抽成高真空状态 即压力迅速下降 物料水分就会因水分瞬间大量蒸发而迅速降温冻结 但这种方法因为有液 气的过程会使食品的形状变形或发泡 沸腾等 适合于一些有一定体形的食品如芋头 碎肉块 果蔬等 预冻法 将要冻干的食品物料预先用制冷机或系统如液氨 液氮或氟利昂制冷 进行冻结 或在冻库中冷冻 一般食品在 4 以下开始形成冰晶体 此法较为适宜 主要是用于液态食品干燥 3 冷冻干燥过程 食品冷冻干燥曲线食品温度变化曲线 表面 中心 食品水分含量变化曲线 加热板温度变化曲线 真空度变化曲线 载量150g cm2 物料大小0 64cm 干燥室平均压力200Pa 初始水分90 最后水分3 湿物料重量760kg 最初水分684kg 1 加热板温度 2 物料表面温度 3 干燥曲线 牛肉冻干曲线 牡蛎冻干曲线 生牛肉接触加热冻干曲线 1 初级干燥 Primarydryingstage 升华干燥 sublimation 食品中水在冰晶体形成后 通过控制冷冻室中的真空度 则冰晶升华 该阶段水分含量快速下降 主要是除去自由水或体相水分 因冰的蒸汽压随着温度的降低而下降 故为了使水分子从冰中升华需要真空度高 最低在5Pa以下 但冻结物料温度的最低极限不能小于冰晶体的饱和蒸汽压相应的温度 需要加热 升华相变是一个吸热过程 需要提供相变潜热或升华热 如果不提供热量则物料随着升华进行温度迅速下降 当温度降到与真空度下相应水蒸汽压相等时 则水蒸汽挥发停止 所提供的热量应等于冰晶体升华热 同时应注意使物料上升温度不能超过被冻结物料的温度或略低于冰晶体熔化温度 以便能进行升华 升华界面 在冷冻干燥的初级阶段 随着干燥的进行 食品中的冰逐渐减少 有冰的部分为冻结层 没有冰的部分成为干燥层 在食品中的冻结层和干燥层之间的界面被称为升华界面 sublimationfront 确切地说是在食品的冻结层和干燥层之间存在一个扩散过渡区 升华界面 过渡层 在干燥层中由于冰升华后水分子外逸留下了原冰晶体大小的孔隙 形成了海绵状多孔性结构 这种结构有利于产品的复水性 但这种结构使传热速度减慢 即妨碍传热 使干燥速度下降 因此 若采用一些穿透力强的热能如辐射热 红外线 微波等使之直接穿透到 冰层面 升华面上 就能有效地加快干燥速率 2 二级干燥 secondrydryingstage 当食品中的冰全部升华完毕 升华界面消失时 此时食品的水分含量还有15 20 时 水分含量下降变慢 干燥就进入另一个阶段称为二级干燥 这些剩余的水分即是被束缚 不能被冻结的水分子 是多分子和单分子吸附层的水 但这些水并非为液态水 而是为玻璃态水 可使已被干燥的产品结构维持刚性多孔状 使玻璃态水转变为液态水的温度称为玻璃态转化温度 glasstransitiontemperature 见图 要继续除去这部分水 必须补加热量使之加快运动来克服束缚才能外逸出来 但需要注意热量补加不能太快 在二级干燥阶段当温度升高到使干燥层原先形成的固态状框架结构失去刚性 发生熔化或产生发粘 发泡现象 即使食品的固态框架结构发生瘪塌 collapse 此时的温度称为瘪塌温度 在瘪塌中 食品冰晶体升华后的空穴消失 阻塞了水分子升华外逸 妨碍升华继续进行 致使冻干失败 同时食品密度减少 复水性差 食品的瘪塌温度实际上就是玻璃态转化温度 4 冷冻干燥设备基本结构 1 冷冻干燥设备组成基本组成与真空干燥设备相同 但要多一个制冷系统或冻结系统 主要是将物料冻结成冰块状 见示意图 冷冻干燥设备组成示意图 2 设备类型 间歇式冷冻干燥设备隧道式连续式冷冻干燥设备 间歇式冷冻干燥设备 隧道式连续式冷冻干燥设备 5 冷冻干燥食品的特点 在低温高真空下 特别适合于热敏性高和极易氧化的食品干燥 可以保留新鲜食品的色香味及营养成分 不失原有的固体骨架结构 可保持物料原有的形态 具有多孔结构 速溶性和复水性好 设备昂贵 冻干制品的价格是热风干燥的3 5倍 6 冻干食品的种类 蔬菜类 葱 蒜 蘑菇 香菜等水果类 苹果 香蕉 草莓等肉禽类 牛 羊 猪等水产类 海参 鱿鱼 干贝等中药材 生物类 第五节干制品的包装和贮藏 食品经干燥脱水处理后 其本身的一些物理特性发生了很大改变 如密度 体积 吸湿性等 为了保持干制品的特性以及便于储藏运输 通常对于干制品的处理包括三部分 干制品的预处理 干制品的包装 干制品的贮藏 一 包装前干制品的预处理 1 筛选分级选出块片和颗粒大小不合标准产品 剔除其他碎屑杂质等物 磁铁吸除金属杂质 在输送带上进行机械筛选或人工挑选 2 均湿处理 有时晒干或烘干的干制品由于翻动或厚薄不均会造成制品中水分含量不均匀一致 内部亦不均匀 这时需要将它们放在密闭室内或容器内短暂贮藏 使水分在干制品内部重新扩散和分布 从而达到均匀一致的要求 这称为均湿处理 特别是水果干制品 均湿处理还常称为回软和发汗 仓贮法就是一种可大量均湿处理的方法 即在仓库中将干暖空气通过堆积在假底上的水分不均匀干制品使其外逸 可达到均湿效果 一般需2 3周 菜干1 8天 3 灭虫处理 干制品尤其是果疏干制品常有虫卵混杂其间 在适宜的条件下会生长造成损失 烟熏是控制干制品中昆虫和虫卵常用方法 常用烟熏剂有甲基溴 一般用量16 24g m3 可使害虫中毒死亡 因溴会残留 一般允许残溴量 150mg Kg 有些水果干制品甚至在100mg Kg以下 如李干为20mg Kg 此外 二氧化硫也常用于果干的熏蒸 大包装葡萄干常用甲酸甲酯防虫害 4 速化复水处理 instantizationprocess 即为了加快干制品的复水速度 常采用 压片法即将颗粒状果干经过相距为一定距离 0 025mm 1 5mm 间隙转辊 进行轧制压扁 薄果片复水比颗粒状迅速得多 刺孔法将半干制品水分含量16 30 的干苹果片进行刺孔 然后再干制到5 水分 不仅可加快干燥速度 还可使干制品复水加快 刺孔压片法 在转辊上装有刺孔用针 同时压片和刺孔 复水速度可达最快 5 压块 片 将干制品在水压机中用块模压缩成密度较高的块状如木耳块 或用轧片机轧成片状 如紫菜片 这样可减小体积 还可有利于防止氧化变质 对脱水蔬菜水分含量低 质脆易碎的产品 通常先直接用蒸汽加热20 30S 促使软化以便压块 片 并减少破碎率 二 干制品的包装 食品包装是指用合适的材料 容器 工艺 装潢 结构设计等手段将食品包裹和装饰 以便在加工 运输 贮存 销售过程中保持食品质量或增加商品价值 1 干制品包装的要求 1 能防止干制品吸湿回潮 要求包装材料长期在90 相对湿度中 每年水分增加量应不超过2 2 能防止外界空气 灰尘 虫 鼠和微生物以及气味等入侵 3 能不透外界光线 避光 4 贮藏 搬运和销售过程中具有耐久牢固的特点 能维护容器原有特性 包装容器在30 100厘米高处落下120 200次而不会破损 在高温 高湿或浸水和雨淋的情况也不会破烂 5 包装的大小 形状和外观应有利于商品的销售 6 和食品相接触的包装材料应符合食品卫生要求 安全无毒 并且不会导致食品变性 变质 7 开启方便 8 包装费用应做到低廉或合理 2 干制品的包装容器 纸箱和盒纸箱和纸盒是干制品常用的包装容器 大多数干制品用纸箱或纸盒包装时还衬有防潮包装材料如涂蜡纸 羊皮纸以及具有热封性的高密度聚乙烯塑料袋 以后者较为理想 纸盒还常用能紧密贴盒的彩印纸 蜡纸 纤维膜或铝箔作为外包装 塑料袋多年来 供零售用的干制品常用玻璃纸包装 现在开始用涂料玻璃纸袋以及塑料薄膜袋和复合薄膜袋包装 简单的塑料袋如聚乙烯袋和聚丙烯袋包装使用最为普遍 也常采用玻璃纸一聚乙烯一铝箔一聚乙烯组合的复合薄膜 也可采用纸一聚乙烯一铝箔一聚乙烯组合的复合薄膜材料 用薄膜材料作包装所占的体积要比铁罐小 它可供真空或充隋性气体包装之用 金属罐金属罐是包装干制品较为理想的容器 它具有密封 防潮和防虫以及牢固耐久的特点 并能避免在真空状态下发生破裂 金属罐外壁可彩印 可大规模机械化自动化生产