食品的脱水ppt课件.ppt

第二章食品的脱水 内容 概述第一节食品干藏原理第二节食品的干燥机制第三节干制对食品品质的影响第四节食品的干制方法第五节干制品的包装与贮藏 概述 一 食品的脱水加工 dehydration 1脱水加工的概念脱水加工就是在不导致或几乎不引起食品性质的其他变化的条件下 从食品中除去水分 2脱水加工的操作类型 依据脱水的程度 脱水加工可分为两种类型 浓缩 concentration 产品是液态 其中水分含量较高 15 如浓缩果汁40 70 干燥 drying 产品是固体 最终水分含量低 15 如果汁粉 奶粉 粉状咖啡浓缩往往是干燥操作的前处理工序 3食品脱水的原理 依据食品组分的蒸汽压不同 在常温下或真空下加热让水分蒸发 而达到分离去除水分至固体或半固体的目的 干燥或干制 依据食品分子大小不同 用膜来分离水分 如超滤 反渗透等 浓缩 超滤 超滤 有压力驱动的膜分离过程 能截留小胶体粒子 大分子物质 超滤膜孔径为0 01 0 1微米 操作压力为0 1 1MPa 主要用于物料的分离纯化和浓缩特点 冷操作 蛋白质不会变性 奶粉的生产乳清蛋白的回收果汁的澄清 反渗透 反渗透的原理反渗透的特点反渗透的例子果汁浓缩 食品脱水加工是指 在控制的条件下 通过加热蒸发脱水的方法 几乎完全地除去食品中的大部分水分 并尽量使食品的其他性质在此过程中极小地发生变化 食品被脱水后水分含量在15 以下 即干燥或干制 4干燥的目的 降低食品中水分含量 一般由50 90 减为15 以下 减小食品体积和重量 一般重量变为原来的1 8 1 2左右 节省包装 贮藏和运输费用 方便性 为了食品的贮藏和延长保藏期 这就是干燥保藏 奶粉红枣葡萄干香菇 笋干 5食品干燥保藏 干藏 定义 指在自然条件或人工控制条件下 使食品中的水分降低到足以防止腐败变质的水平后 并始终保持低水分可进行长期贮藏的方法 干制食品在室温下一般可贮存一年或一年以上 6食品干藏的历史 我国北魏在 齐民要术 一书中记载用阴干加工肉脯的方法 在 本草纲目 中 用晒干制桃干的方法 大批量生产的干制方法是在1795年 将片状蔬菜堆放在室内 通入40 热空气进行干燥 这就是早期的干燥保藏方法 差不多与罐头食品生产技术 1810 同时出现 7食品干藏的特点 自然干制 简单易行 生产费用低 但时间长 受气候条件影响 人工干制 不受气候条件限制 操作易于控制 干制时间显著缩短 产品质量显著提高 但需要专用设备 能耗大 干制费用大 人工干制技术仍在发展 高效节能 第一节食品干藏原理 食品的腐败变质与食品中水分含量 M 具有一定的关系 但仅仅知道食品中的水分含量还不能足以预言食品的稳定性 花生油M0 6 时变质淀粉M20 不易变质鲜肉与咸肉鲜菜与咸菜 一般80 左右 一食品中水分存在的形式 结合水 被束缚水Immobilizedwater是指不易流动 有结合力固定 不易结冰 40 不能作为外加溶质的溶剂 游离水 自由水Freewater是指组织细胞中易流动 容易结冰 也能溶解溶质的这部分水 结合水与自由水的区别 游离水和结合水可用水分子的逃逸趋势 逸度 来反映 食品中水分被利用的难易程度主要是依据水分结合力或程度的大小而定 游离水或自由水最容易被微生物 酶和化学反应所利用 而结合水难以被利用 结合力或程度越大 则越难以被利用 见Flash1 二水分活度 1 定义可用水分子的逃逸趋势 逸度 来反映游离水和结合水的区别 食品中水的逸度与纯水的逸度之比称为水分活度AW wateractivity f 食品中水的逸度Aw f0 纯水的逸度水分逃逸的趋势通常可以近似地用水的蒸汽压来表示 在常压 低压 或室温时 f f0和P P0之差非常小 1 故用P P0来定义AW是合理的 食品加工中 水分活度通常定义为食品表面测定的水蒸气压 P 与相同温度下纯水的饱和蒸汽压 P0 之比 是一个近似值 Aw P P0其中P 食品中水的蒸汽分压 P0 纯水的蒸汽压 相同温度下纯水的饱和蒸汽压 蒸汽压与相对湿度有关 因而Aw与环境的平衡相对湿度 ERH Equilibriumrelativehumidity 也相关 Aw P P0 ERH 100测定相对湿度使用水分活度测定仪注意 1 Aw是食品的固有性质 反映了食品中水分的结合状态 而ERH反映了与食品相平衡时周围的空气状态或大气性质 2 当水分含量很低时 测量结果不准确 水分活度数值的意义 Aw 1的水就是自由水 或纯水 指可以被利用的水 Aw 1的水就是指水被结合力固定 数值的大小反映了结合力的多少 Aw越小则指水被结合的力就越大 水被利用的程度就越难 水分活度小的水是难以或不可利用的水 2 Aw大小的影响因素 温度 取决于水存在的量 水中溶质的种类和浓度 食品成分或物化特性 水与非水部分结合的强度 表2 1常见食品中水分含量与Aw的关系 0 10 20 50 3 水分含量 M 与水分活度 Aw 在恒定温度下 食品中水分含量 M 与水分活度 Aw 之间的关系曲线称为该食品的水分吸附等温线 Moisturesorptionisotherms MSI 吸附 当食品表面水分蒸汽压低于空气蒸汽压时 空气中的水蒸气会不断向食品表面附近扩散 食品从它表面附近的空气中的吸收水蒸气而增加水分 解吸 当食品水蒸汽压大于空气蒸汽压时 食品中的水分就蒸发 蒸汽压相对下降 水分含量降低 吸附和解吸的最终结果都是食品表面附近蒸汽压和空气蒸汽压相平衡 水分吸附等温线 高水分含量 反向L 00 20 40 60 81 0 Aw 806040200含水量 水分吸附等温线 低水分含量 反S 含水量的小幅变化会导致Aw的大幅度增加I区 第一转折点前 水分含量 1 离子或偶极作用 单分子层吸附水 单层水分 II区 第一转折点与第二转折点之间 水分含量 5 氢键 多分子层吸附水 多层吸附水 III区 第二转折点之后 水分含量 95 在食品内部的毛细管内或间隙内的游离水 自由水或体相水 00 250 50 81 0 Aw 含水量 I区 II区 III区 自由水或体相水 是食品中结合得最弱 流动性最大的水 主要是在细胞体系或凝胶中被毛细管液面表面张力或被物理截留的水 这种水很易通过干燥被除去或易结冰 可作为溶剂 容易被酶和微生物利用 造成食品腐败 通常占95 以上 多层水 主要通过水 水和水 溶质氢键同相邻分子缔合 为可溶性组分的溶液 大部分多层水在 40 不被冻结 I II的水占5 以下 单分子层水 不能被冰冻 不能干燥除去 水被牢固地吸附着 它通过水 离子或水 偶极相互作用被吸附到食品可接近的极性部位如多糖的羟基 羰基 NH2 氢键 当所有的部位都被吸附水所占有时 此时的水分含量被称为单层水分含量 40 不能冻结 占总水量极小部分 吸附等温线的加工意义 I单水分子层区和II多水分子层区是食品被干燥后达到的最终平衡水分 一般在5 以内 这也是干制食品的吸湿区 III自由水层区 物料处于潮湿状态 高水分含量 是脱水干制区 温度对水分吸附等温线的影响 同一原料随着温度的升高吸附等温曲线向水分活度增加的方向抬升 相同水分含量 水分活度随温度增高而增大 相同水分活度 水分含量随温度升高减小 食品种类对水分吸附等温线的影响 食品的组分或成分不同 会影响水分含量和水分活度之间的关系高糖及可溶性小分子且无高聚物的食品的MSI呈J形 加工对食品水分吸附等温线的影响 食品在脱水过程中水分含量和水分活度之间的关系就是解吸等温曲线 吸附等温线和解吸等温线两者之间除首尾之外不能重合 且在相同水分含量下 解吸等温线中的Aw比吸附等温线中低 这种现象称为吸附滞后现象 滞后环的形状取决于食品的类型和温度 滞后现象的几种解释 1 这种现象是由于多孔食品中毛细管力所引起的 即表面张力在干燥过程中起到在孔中持水的作用 产生稍高的水分含量 2 另一种假设是在获得水或失去水时 体积膨胀或收缩引起吸收曲线中这种可见的滞后现象 解吸 desorption 干燥过程吸附 sorption 复水过程 吸附等温线滞后现象的意义 吸附和解吸等温线有滞后圈 说明干制食品与水的结合力下降或减弱了 解吸和吸附的过程在食品加工中就是干燥和复水的过程 这也是干制食品的复水性为什么下降的原因 注意 还没有完全了解所有的相互作用机制 三水分活度对食品保藏性的影响 水分活度和微生物生长活动的关系水分活度对酶活力的影响水分活度对化学反应的影响 大多数新鲜食品的水分活度在0 98以上 大多数重要的食品腐败细菌所需的最低Aw都在0 9以上 水分活度降到0 75以下 食品的腐败变质才显著减慢 若将水分降到0 65 能生长的微生物极少 一般认为 水分活度降到0 6以下食物才能在室温下进行较长时间的贮存 1 水分活度和微生物生长活动的关系 食品中水分活度与微生物生长 Aw 0 85微生物生长受抑制水分活度较高的情况下微生物繁殖迅速 水分活度对细菌生长及毒素的产生的影响 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 Aw Aw 0 65霉菌被抑制 在0 9左右霉菌生长最旺盛 水分活度对霉菌生长的影响 0 2 0 4 0 6 0 8 Aw 呈倒S型 开始随水分活度增大上升迅速 到0 3左右后变得比较平缓 当水分活度上升到0 6以后 随水分活度的增大而迅速提高 Aw 0 15才能抑制酶活性 2 水分活度对酶活力的影响 0 2 0 4 0 6 Aw 0 8 Aw在0 4左右时 氧化反应较低 这部分水被认为能结合过氧化物 干扰了它们的分解 另外还同催化氧化反应的金属离子发生水化作用 从而显著地降低了催化效率 Aw超过0 4时氧化速度增加 加入的水增加了氧的溶解度和使大分子溶胀 暴露更多的催化部位 3 水分活度对氧化反应的影响 0 2 0 4 0 6 0 8 Aw 水分活度对非酶褐变反应的影响 食品在Aw在0 4 0 8之间最适合非酶褐变Aw无法完全抑制褐变 第二节食品干燥机制 一 干燥机制 湿热的转移 二 干制过程的特性三 影响干制的因素四 合理选用干制工艺条件 一 干燥机制 干燥是指食品在热空气中受热蒸发进行脱水的过程在干燥时存在两个过程 食品中水分子从内部迁移到与干燥空气接触的表面 内部转移 当水分子到达表面 根据空气与表面之间的蒸汽压差 水分子就立即转移到空气中 外部转移 水分转移 热空气中的热量从空气传到食品表面 再由表面传到食品内部 热量传递 食品的干燥过程是一个湿热转移过程 FoodH2O 2 温度梯度 T食品在热空气中 食品表面受热高于它的中心 因而在物料内部会建立一定的温度差 即温度梯度 温度梯度将促使水分 无论是液态还是气态 从高温向低温处转移 这种现象称为导湿温性 表面水分扩散到空气中 内部水分转移到表面 1 水分梯度 M干制过程中潮湿食品表面水分受热后首先由液态转化为气态 即水分蒸发 而后 水蒸气从食品表面向周围介质扩散 此时表面湿含量比物料中心的湿含量低 出现水分含量的差异 即存在水分梯度 水分扩散一般总是从高水分处向低水分处扩散 亦即是从内部不断向表面方向移动 这种水分迁移现象称为导湿性 M M M T T T 干燥过程湿热传递的模型 1 导湿性 1 水分梯度若用M表示等湿面水分含量 kg kg干物质 则由内到外沿法线方向相距 n的另一等湿面上的水分含量为M M 那么物体内的水分梯度gradM为 gradM lim M n M n n 0M 物体内的湿含量 即每千克干物质内的水分含量 kg kg干物质 n 物料内等湿面间的垂直距离 m n gradM I 水分梯度影响下水分的流向 M M M 导湿性引起的水分转移量可按照下述公式求得 I湿 K 0 M n K 0 M kg m2 h 其中 I湿 物料内水分转移量 单位时间内单位面积上的水分转移量 kg m2 h K 导湿系数 m2 h 0 单位潮湿物料容积内绝对干物质质量 kg干物质 m3 M 物料水分 kg kg干物质 由于水分转移的方向与水分梯度的方向相反 所以式中带负号 注意导湿系数在干燥过程中并非稳定不变的 它随着物料温度和水分含量的变化而异 2 物料水分与导湿系数间的关系 K值的变化比较复杂 当物料处于恒速干燥阶段时 排除的水分基本上为自由水分 以液体状态转移 导湿系数稳定不变 ED段 在 区时 被除去的水分基本上为渗透水分 水分以液体状态和蒸汽状态转移 导湿系数下降 DC段 区中排除的水分为吸附水分 基本上以蒸汽状态扩散转移 先为多分子层水分 后为单分子层水分 故K先上升后下降 CA段 导湿系数K m2 h 物料水分M kg kg干物质 A C D E 物料水分和导湿系数间的关系 吸附水分 渗透水分 毛细管水分 B 3 导湿系数与温度的关系 K与温度指数成正比启示 若将导湿性小的物料在干制前加以预热 就能显著地加速干制过程 如果加热时要避免食品物料表面水分的蒸发 可在饱和湿空气中加热 导湿系数 K 102 K 102 T 290 14 温度 硅酸盐类物质温度和导湿系数的关系 2 导湿温性 干燥中 物料表面受热高于它的中心 因而在物料内部会建立一定的温度梯度 温度梯度将促使水分 不论液态或气态 从高温处向低温处转移 这种由温度梯度引起的导湿温现象称为导湿温性 导湿温性是在许多因素影响下产生的复杂现象 高温将促使液体粘度和它的表面张力下降 将促使水蒸汽压上升 高温区水蒸汽压大于低温区 此外 高温区毛细管内水分还将受到挤压空气扩张的影响 结果使毛细管内水分顺着热流方向转移 沿热流方向转移的毛细管内水分与水分梯度的方向相反 导湿温性成为食品干燥时水分减少的阻碍因素 T T T T n I 内 表面 温度梯度下水分的流向 n 1 温度梯度 导湿温性引起水分转移的流量将和温度梯度成正比 它的流量可通过下式计算求得 I温 K 0 T n 其中 I温 物料内水分转移量 单位时间内单位面积上的水分转移量 kg m2 h K 导湿系数 m2 h 0 单位潮湿物料容积内绝对干物质重量 kg干物质 m3 湿物料的导湿温系数 1 或kg kg干物质 单位温度梯度引起物料水分梯度的变化 表示水分转移和温度梯度方向相反 2 导湿温系数 就是温度梯度为1 m时所引起的水分转移量 即 M T n n导湿温系数和导湿系数 K 一样 会因物料水分的差异 即物料和水分结合状态 而变化 导湿温系数和物料水分的关系见右图 导湿温系数 1 0 A B 物料水分M O 在水分含量较低时 即AB段 导湿温系数 随物料水分含量M的增加而上升 1 低水分含量时物料水分主要是吸附水分 以气态方式扩散 当水分含量很低时 由于受空气挤压的影响 值甚至出现负值 2 随着水分含量增加 转变为多层分子吸附水 结合力减弱 扩散方式向液态转变 直至达到水分含量最高点 即B点 水分以液态转移为主 3 最高值 即B点 是吸附水和自由水分 渗透水分和毛细管水分 的分界点 在水分含量高的时候 自由水 渗透水分在渗透压下和毛细管水分在毛细管势能作用下 总是以液体状态流动 因而导湿温性不随着物料水分含量而发生变化 曲线 但如果因受物料内挤压空气的影响 妨碍液态水分的转移 则导湿温性下降 曲线 3 干制水分总量 水分的总流量是由导湿性和导湿温性共同作用的结果 I总 I湿 I温 对于对流干燥 温度由物料表面向中心传递 温度梯度促使水分从高温处向低温处转移 而水分流向正好相反 即温度梯度和水分梯度的方向恰好相反时 I总 I湿 I温 当I湿 I温以导湿性为主 物料水分将按照水分减少方向转移 导湿温性为次要因素 当I湿 I温水分随热流方向转移 并向物料水分增加方向发展 物料水分含量减少的进程变慢或者停止 例1 饼干生产例2 面包的生产 二 干制过程的特性 1 干燥曲线食品在干制过程中 食品水分含量逐渐减少 干燥速率逐渐变低 食品温度也在不断上升 这些特性组合在一起可以全面表达食品的干燥曲线 水分含量曲线干燥速率曲线食品温度曲线 1 水分含量曲线 干燥曲线 干制过程中食品绝对水分和干制时间的关系曲线 干燥初始时 食品被预热 食品水分在短暂的平衡后 AB段 出现快速下降 几乎是直线下降 BC 当达到较低水分含量 C点 时 第一临界水分 干燥速率减慢 随后趋于平衡 达到平衡水分 DE 平衡水分取决于干燥时的空气状态 2 干燥速率曲线干燥速率是水分子从食品表面逸散至干燥空气的速度 食品被加热 水分开始蒸发 干燥速率上升 随着热量的传递 干燥速率很快达到最高值 A B 此为升速阶段 B 点时干燥速率最大 此时水分从内部转移到表面的速率大于或等于水分从表面扩散到空气中的速率 然后保持稳定不变 此为第一干燥阶段 又称为恒速干燥阶段 此时水分从内部转移到表面足够快 从而可以维持表面水分含量恒定 C 对应第一临界水分C 物料表面不再全部被水分润湿 干燥速率开始减慢 因此C 称为干燥过程的临界点 降速干燥阶段C D 是第二干燥阶段的开始 此时食品内部水分转移速率小于食品表面水分蒸发速率 当干燥速率降低到D 时 食品物料表面的水分已全部变干 干燥速率下降是由食品内部水分转移速率决定的 当干燥达到平衡水分时 干燥就停止 E 3 食品温度曲线曲线3是食品温度曲线 初期食品温度上升至B 点 为食品初期加热阶段 A B B C 为恒速阶段 该阶段热空气向食品提供的热量全部消耗于水分蒸发 食品物料的温度没有发生变化 物料表面温度等于水分蒸发温度 即湿球温度 C 点后干燥速率下降 在降速干燥阶段 温度上升直到干球温度 E 说明内部水分的转移来不及供水分蒸发 食品物料温度也逐渐上升 由导湿性和导湿温性解释干燥过程曲线特征 2 干燥过程中的恒速阶段和降速阶段 与食品本身水分含量有关 干制过程中食品内部水分迁移大于食品表面水分蒸发或扩散 则恒速阶段可以延长 如内部水分迁移小于表面扩散 则恒速阶段就不存在含水量75 90 的苹果 有恒速和降速阶段 含水量9 的花生米 仅经历降速阶段与物料性质和干燥介质 空气 有关 三 影响干制的因素 干制过程就是水分的转移和热量的传递 即湿热传递过程 对这一过程的影响因素主要取决于干制条件 由干燥设备类型和操作状况决定 以及干燥物料的性质 1 干制条件的影响 在人工控制条件下或干燥机中干燥 食品的干燥需要在快的同时干燥量要大 干燥条件对干燥恒率阶段 或恒速期 和降率阶段 或降速期 的影响条件主要有空气温度 流速 相对湿度和气压 1 温度 增加温度可以使干燥加快 温度提高 传热介质与食品间温差加大 热量向食品传递的速率越大 水分蒸发扩散速率也越大 从而使恒速干燥阶段的干燥速率增加 对于一定水分含量的空气 随着温度提高 空气相对饱和湿度下降 这会使水分从食品表面扩散去除的动力更大 同时水分在高温下迁移或扩散速率也加快 从而使内部干燥加速 这对于降速阶段也有效 2 空气流速 空气流速加快 食品干燥速率也加速 热空气所能容纳的水蒸气量高于冷空气 可吸收较多的蒸发水分 及时将聚集在食品表面附近的饱和湿空气带走 以免妨碍食品内水分进一步蒸发 和食品表面接触的空气量增加 可显著加速食品中水分的蒸发 3 空气相对湿度 空气相对湿度越低 食品干燥速率越快 因为食品表面和干燥空气之间的水分蒸汽压差是影响外部质量传递的推动力 近于饱和的湿空气进一步吸收水分的能力远比干燥空气差 饱和的湿空气不能吸收来自食品的蒸发水分 食品水分下降的程度也由空气湿度所决定 食品水分始终要和周围空气的湿度处于平衡状态干制时最有效的空气温度和相对湿度可以从各种食品的吸湿等温线上寻找 4 大气压力和真空度 气压影响水的平衡 当真空下干燥时 空气的蒸汽压减少 在恒速阶段干燥更快 气压下降 水沸点相应下降 气压愈低 沸点也愈低 温度不变 气压降低 则加速水分蒸发 适合热敏物料的干燥注意 当干燥受内部水分转移限制时 真空操作对干燥速率影响不大 操作条件对干燥速率影响的总结 2 食品性质的影响 1 表面积表面积增大有利于干燥 高表面积 小颗粒 薄片易干燥 快 2 组分定向水分在食品内的转移在不同方向上差别很大 这取决于食品组分的定向 芹菜中水分沿着长度方向比横穿细胞结构的方向干燥要快得多 3 细胞结构 食品中细胞外水分比细胞内的水更易除去当细胞被破碎时 有利于干燥 但细胞破裂会引起干制品质量下降 4 溶质的类型和浓度 溶质如蛋白质 碳水化合物 盐 糖等 与水会相互作用 其结合力大 导致水分活度降低 抑制水分子迁移 干燥慢 尤其在低水分含量时还会增加食品的粘度 浓度越高 则影响越大 四 合理选用干制工艺条件 食品干制工艺条件主要由控制干燥速率 物料临界水分和干制食品品质的主要参变数组成人工干制食品时 空气温度 相对湿度 流速 气压是主要工艺条件 食品温度是干燥过程中控制食品品质的重要因素 它决定于空气温度 相对湿度和流速等主要参数 1 最适宜的干制工艺条件 干制时间最短 热能和电能的消耗量最低 干制品的质量最高 它随食品种类而不同 在具体干燥设备中难以达到理想的干燥工艺条件 为此作必要修改后的适宜干制工艺条件称为合理干制工艺条件 2 合理选用干制工艺条件的原则 1 干燥初始阶段 使食品表面的水分蒸发速率尽可能等于食品内部的水分扩散速率 同时力求避免在食品内部建立起和湿度梯度方向相反的温度梯度 以免降低食品内部的水分扩散速率 办法 降低空气温度和流速 提高空气相对湿度 2 恒速干燥阶段 物料表面温度不会高于湿球温度 为了加速蒸发 在保证食品表面的蒸发速率不超过内部的水分扩散速率的原则下 允许尽可能提高空气温度 此时提供的热量主要用于水分的蒸发 物料表面温度是湿球温度 3 降速干燥阶段 开始时应设法降低表面蒸发速率 使它能和逐步降低了的内部水分扩散率一致 以免食品表面过度受热 导致不良后果 要降低干燥介质的温度 降低空气的流速 提高空气的相对湿度 如加入新鲜空气 进行控制 4 干燥末期 干燥介质的相对湿度应根据预期干制品水分含量加以选用 一般达到与当时介质温度和相对湿度条件相适应的平衡水分 如北方干燥的蔬菜比南方的水分含量要低 因北方空气相对湿度小 第三节干制对食品品质的影响 一 干制过程中食品的主要变化1 物理变化干缩 干裂表面硬化多孔性热塑性溶质的迁移 2 化学变化 1 营养成分蛋白质变性 降解碳水化合物分解 焦化 褐变脂肪氧化维生素易被破坏和损失 2 色素色泽随物料本身的物化性质改变 反射 散射 吸收传递可见光的能力 天然色素 类胡萝卜素 花青素 叶绿素 血红素等易变化褐变 酶促褐变 马铃薯 苹果的褐变 和非酶褐变 焦糖化 糖胺反应 Maillard 3 风味引起水分除去的物理力 也会引起一些挥发物质的去除 从而导致风味的变差 热会带来一些异味 蒸煮味 硫味防止风味损失方法 芳香物质回收 低温干燥 加包埋物质使风味物质固定 二 干制品的复原性和复水性 干制品复水后恢复原来新鲜状态的程度是衡量干制品品质的重要指标 干制品的复原性就是干制品重新吸收水分后在重量 大小 形状 质地 颜色 风味 结构 成分以及其他可见因素 感官评定 等各个方面恢复原来新鲜状态的程度 例 粉体类 速溶指标 干制品的复水性 新鲜食品干制后能重新吸回水分的程度 一般用干制品吸水增重的程度来表示 复水比 R复 物料复水后沥干重 m复 和干制品试样重 m干 的比值R复 m复 m干m复 干制品复水后沥干重 m干 干制品试样重复重系数 K复 复水后制品沥干重和同样干制品试样量在干制前的相应原料重之比K复 m复 m原m原 干制前相应原料重干燥比 物料干燥前后重量比 反映被脱水程度R干 m原 m干 三 食品干制方法的选择 干制时间最短 费用最低 品质最高选择方法时要考虑 不同的物料物理状态不同 液态 浆状 固体 颗粒性质不同 对热敏感性 受热损害程度 对湿热传递的感受性最终干制品的用途消费者的不同要求 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制两大类自然干制 在自然环境条件下干制食品的方法 晒干 风干 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 空气对流干燥又称热空气干燥或者热风干燥 是最常见的食品干燥方法 常压下进行 以热空气为干燥介质 以自然或强制对流循环方式与食品进行湿热交换 对物料而言是通过热空气传质传热的干燥过程 对热空气是冷却增湿的过程 包括气流干燥法 流化床干燥法 喷雾干燥法等 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 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 基本结构如下图 柜 厢 式干燥设备 特点 间歇型 小批量 设备容量小 操作费用高操作条件 空气温度 94 空气流速2 4m s适用对象果蔬 香料或价格较高的食品作为中试设备 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 一些基本名称和概念 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一致 顺流热空气气流与物料移动方向相反 逆流 1 逆流式隧道干燥设备 基本结构 物料与气流的方向相反 湿端即冷端 干端即热端 半连续式 逆流式隧道干燥设备的特点及应用 A 湿物料遇到的是低温高湿空气 物料内的湿度梯度也比较小 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 此时为恒速干燥阶段 因此物料能全面均匀地收缩 不易发生干裂 适合于初期干燥速率过快容易干裂的软质水果如李 梅等 B 干端处食品物料已接近干燥 但因遇到的是高温低湿空气 干燥仍可进行但比较缓慢 此时为降速干燥阶段 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 避免物料的停留时间过长 干端处的空气温度不宜过高 一般不宜超过70 D 逆流干燥中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 E 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 基本结构湿端即热端 冷端即干端 顺流隧道式干燥的特点与应用 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 这就允许使用更高一些的加热空气温度如90 可进一步加速水分蒸干而不至于焦化 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 所以干制品水分难以降到10 以下 吸湿性较强的食品不宜选用顺流干燥方式 3 双阶段干燥 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 2 多阶段热风穿流式干燥 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 现在还有多段式干燥设备 有3 4 5段等 有广泛的适应性 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 加料器 关键是稳定而均匀加料 特点 干燥强度大 悬浮状态 物料最大限度地与热空气接触 干燥时间短 0 5 5s 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 的物料例如糯米粉 马铃薯颗粒 5 流化床干燥 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 粉态食品 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 奶粉筛选 流化床干燥的特点 优点 设备设计简单 无需机械搅拌即可使物料受热均匀 缺点 气流过快时易产生风道 造成热量的浪费 高速气流将粉粒物料从干燥床上带走 6 喷雾干燥 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两类装置 压力喷雾 液体在高压下 1700 3500kPa 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 两类雾化器的特点 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 100s 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200 产品湿球温度80 以下 最终温度差大约为0 4 空气粉末分离系统 A 旋风分离器将空气和粉末分离 大粒子粉末由于重力而降到干燥室底部 细粉末靠旋风分离器来完成旋风分离器结构图和原理 B 布过滤器空气在排出前先通过过滤袋 细粉被布袋截获 最后用反向空气吹过过滤布回收细粉 常用在空气排空前的最后一步分离 5 喷雾干燥的特点 蒸发面积大 干燥速度十分迅速产品具有良好的分散性 流动性和溶解性过程简单 操作方便 适合于连续化生产耗能大 热效低 投入大 6 喷雾干燥的典型产品 奶粉速溶咖啡和茶粉蛋粉酵母提取物干酪粉豆奶粉酶制剂 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 电这类设备的常见例子是滚筒干燥机 1 滚筒干燥 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 2 双滚筒 3 真空滚筒 3 真空滚筒干燥 3 特点快速干燥热能经济 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 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制冷冷凝器和真空泵组合抽气 连续输送带式真空干燥设备 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 四 冷冻干燥 将食品在冷冻状态下 食品中的水变成冰 再在高真空度下 冰直接从固态变成水蒸汽 升华 而脱水 故又称为升华干燥要使物料中的水变成冰 同时由冰直接升华为水蒸汽 则必须要使物料的水溶液保持在三相点以下 BO 升华曲线OA 汽化曲线O点 固液气 三相点 压力610Pa温度0 01 食品是含有多种溶质的混合溶液 冻结时称为低共熔混合物或共晶溶液 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 1 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 冷冻干燥的冻结方法 自冻法 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 如能将干燥室迅速抽成高真空状态 物料水分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 适合于一些有固定体形的如芋头 碎肉块 鸡蛋等 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 预先进行冻结 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 冷冻干燥的过程 1 初级干燥 Primarydryingstage sublimation 又称升华干燥冰晶体形成后 通过控制冷冻干燥机中的真空度和注意补充热量 冰可以快速升华 使食品中形成的全部冰被全部升华完毕 这一过程称为初级干燥或升华干燥 冰晶体形成后 通过控制冷冻室中的真空度 则冰晶升华 因升华相变是一个吸热过程 需要提供相变潜热或升华热 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 所提供的热量应等于冰晶体升华热 升华界面 前沿 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 没有冰的部分称为干燥层 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水分扩散过渡区 升华界面 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海绵状多孔性结构也使传热速度和水分外逸的速度减慢 特别是传热的限制 因此 应采用一些穿透力强的热能有效地加速干燥速率 2 二级干燥 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 secondrydryingstage 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 要继续除去这部分玻璃态水 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 冷冻干燥食品的结构决定二级干燥需要的时间干燥必须通过水分子的扩散进行 在二级干燥中除去剩余水分所需的时间大于等于初级干燥去除80 以上水分所消耗的时间 3 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 载量初始水分90 最后水分3 1 加热板温度 2 物料表面温度 3 干燥曲线 生牛肉接触加热冻干曲线 4 冷冻干燥设备基本结构 1 冷冻干燥设备组成和真空干燥设备相同 但要多一个制冷系统 主要是将物料冻结成冰块状 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 通常包装对于干制品的而言包括三部分 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 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 一般为16 24g m3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 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 5 速化复水处理 压片法即将颗粒状果干经过相距为一定距离 0 025mm