第6章-食品的干制保藏技术.ppt

1 第六章食品的干制保藏技术 2 主要内容 概述第一节食品干燥过程中的湿热传递第二节干制对食品品质的影响第三节食品的干燥方法及控制第四节干制食品的包装与贮运 3 在不导致或几乎不引起食品性质的其它变化 除水分外 的条件下 从食品中去除水分 干燥 产品是固体 水分含量低 15 概述 1 食品脱水加工的概念 4 典型的干制食品 速溶粉 水果蔬菜 乳制品 茶叶 面条 粮谷类 糕点 休闲食品 肉类 5 干燥食品的最终水分要求 6 食品脱水的目的减少水分 增加耐藏性减小食品体积和重量改善食品加工的质量赋予产品特殊的风味控制参数脱水速率 脱水食品的最终含水率 产品的品质 根据脱水的目的选择不同的方法和介质 7 2 食品干燥保藏 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 应用范围果蔬 粮谷类及肉禽等物料 粉 颗粒 状食品生产如糖 咖啡 奶粉 淀粉 调味粉 速溶茶等 这样的干制食品在室温下一般可达到一年或一年以上 8 回忆 水分活度与微生物AW 水溶液浓度 渗透压 细胞质壁分离 水分活度与酶的活性AW 底物难以移动到酶的活动中心 酶活性 水分活度与其他变质因素AW 游离水 化学反应速度 干制保藏的基本原理 通过降低水分活度 抑制微生物的生长发育 控制酶活性 延缓生化反应速度 可使食品获得良好的保藏效果 9 第一节食品干燥过程中的湿热传递 干燥过程是湿热传递过程 10 主要内容 干燥过程特性 干燥过程中食品的主要变化 思考 如何从机制上控制缩短干燥的时间 11 食品干制过程中的湿热传递 问题一 食品干制过程热量与质量的传递情况 问题二 哪些是影响食品湿热传递的因素 问题三 如何选择食品干制的工艺条件 12 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 水分质量转移 热空气中的热量从空气传到食品表面 由表面再传到食品内部 热量传递 干燥是食品水分质量转移和热量传递的模型 13 食品的热物理性质 食品的比热c食 kJ kg 1 K 1 c干 干物质的比热 一般取1 046kJ kg 1 K 1 c水 水的比热 4 19kJ kg 1 K 1 W 食品的含水率 食品的密度 kg m 3 含水量 温度 食品的导热系数 当 kJ m 1 h 1 1 食品的导温系数a m2 h 1 含水量 c 14 一 干燥机制 HotAir Food H2O 热从表面传到食品内部 表面水分扩散到空气中 给湿过程 内部水分转移到表面 导湿过程 温度梯度 水分梯度 15 1 导湿性 水分梯度若用M表示等湿面湿含量或水分含量 kg kg干物质 则沿法线方向相距 n的另一等湿面上的湿含量为M M 那么物体内的水分梯度gradM则为 M 物体内的湿含量 即每千克干物质内的水分含量 Kg Kg n 物料内等湿面间的垂直距离 m 16 导湿性引起的水分转移量可按照下述公式求得 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重量 kg m3 M 物料内的水分梯度 kg m kg 以干物质计 表示水分转移的方向与水分梯度的方向相反 水分转移的方向与水分梯度的方向相反 所以式中带负号 17 物料水分与导湿系数间的关系 物料处于恒率干燥阶段时 排除的水分基本上为毛细管水分 以液体状态转移 导湿系数稳定不变 DE 进一步排除渗透水分 以蒸汽状态或以液体状态转移 导湿系数下降 CD 再进一步排除吸附水分 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 导湿系数先升高 CB 后下降 BA 导湿系数K m2 h 物料水分M kg kg绝干物质 A C D E 图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 18 导湿系数与温度的关系 图的启示 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 加热时 为避免表面水分蒸发 可将物料在饱和湿空气中加热 同时可以增大导湿系数 以加速水分转移 导湿系数 K 102 K 102 T 290 14 温度 图硅酸盐类物质温度和导湿系数的关系 K与温度指数成正比 19 水分子的热扩散 毛细管传导 水分内部夹持的空气因温度升高而膨胀 使水分被挤向温度较低处 导湿温性成为阻碍因素 内 表面 温度梯度 2 导湿温性 物体等湿面上的温度 n 物料内等湿面间的垂直距离 m 20 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 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 m3 温度梯度 m 湿物料的导湿温系数 1 或kg kg 表示水分转移方向和温度梯度方向相反 21 导湿温系数就是温度梯度为1 米时物料内部能建立的水分梯度 即 水分含量较低时 AB 随物料水分含量的增加而上升 主要是吸附水分 靠蒸汽的热扩散 达到最高点B时 水分以液态转移 随水分含量的增高沿曲线 恒定不变 如受物料内挤压空气的影响 妨碍液态水分转移 导致沿曲线 下降 O 导湿温系数 水分含量很低时 由于受空气挤压的影响 会出现负值 22 干制过程中 湿物料内部同时会有水分梯度和温度梯度存在 因此 水分流动的方向将由导湿性和导湿温性共同作用的结果 I总 I湿 I温 3 干制水分总量 23 当I湿 I温以导湿性为主 水分向外面转移导湿温性为阻碍因素 水分扩散则受阻 当I湿 I温水分随热流方向转移 水分向内转移 导湿性为阻碍因素 如 烤面包的初期湿面团在烤箱180 220 建立温度梯度 面包水分含量约40 24 二 干制过程的特性 食品在干制过程中 食品水分含量逐渐减少 干燥速率变大后又逐渐变低 食品温度也在不断上升 1 干燥曲线 1 水分含量曲线 2 干燥速率曲线 3 食品温度曲线 25 26 2 干燥阶段 在典型的食品干燥过程中 物料先经过预热后 再经历干燥恒定阶段 恒速期 和干燥降速阶段 降速期 27 1 恒速期 水分子从食品内部迁移到表面的速率大于或等于水分子从表面跑向干燥空气的速率 干燥推动力 食品表面的水分蒸汽压和干燥空气的水分蒸汽压两者之差 传递到食品的所有热量都进入汽化的水分中 温度保持恒定 恒速干燥期的长短 28 2 降速期 一旦到达临界水分含量 水分从表面跑向干燥空气中的速率就会快于水分补充到表面的速率 内部质量传递机制影响了干燥快慢 干燥结束达到平衡水分含量 降速期预测干燥速率是很困难的 29 食品干燥过程特性 30 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 即温湿传递 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 和干燥物料的性质 31 1 干制条件的影响 温度空气流速空气相对湿度大气压力和真空度 温度 传递速率 流速 传递速率 相对湿度 传递速率 真空度 传递速率 32 2 食品的性质的影响 表面积组分定向细胞结构溶质的类型和浓度 表面积 传递速率 细胞间水分比细胞内水分易除去 沿纤维结构方向比横穿细胞结构方向干燥快 溶质浓度 传递速率 33 第二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 如木耳 胡萝卜丁表面硬化 如山芋片多孔性 如香菇 蔬菜 膨化马铃薯热塑性 加热时会软化的物料如糖浆或果浆 冷却后变硬或变脆溶质的迁移 溶质随水分迁移到表面结晶析出 34 脱水干燥过程中胡萝卜丁形态的变化 a 为干制前胡萝卜丁的切粒形态 b 为干制初期胡萝卜丁的干缩形态图 c 为干制后期呈凹面状的干胡萝卜 35 2 化学变化 1 营养成分蛋白质 因受热脱水而易变性 高温长时间会分解或降解 影响复水效果 发生美拉德反应 脂肪 高温脱水时脂肪氧化比低温时严重 应采用真空包装和添加脂溶性抗氧化剂 碳水化合物 受高温易焦化 褐变 维生素 水溶性易被氧化而损失 如VC 胡萝卜素 硫胺素 VD B6 烟碱酸较稳定 损失少 36 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 新鲜食品颜色比较鲜艳 干燥后颜色有差别 天然色素 类胡萝卜素 花青素 叶绿素等易变化褐变 糖胺反应 Maillard 酶促褐变 焦糖化作用等 37 3 风味风味挥发性物质比水更易挥发 导致风味变差 受热会引起化学变化 带来一些异味 煮熟味 硫味 焦香味的等 防止风味损失方法 芳香物质回收 如浓缩苹果汁 低温干燥 加包埋物质 使风味固定 38 二 干制品的复原性和复水性 干制品的复原性 干制品重新吸收水分后在重量 大小和性状 质地 颜色 风味 结构 成分以及可见因素 感官评定 等各个方面恢复原来新鲜状态的程度 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 39 三 食品的干制方法的选择 干制的工艺要求将物料中的水分降低到满足贮藏要求的水平 最大限度地保持食品的营养素 使干制品具有良好的复水性 尽可能地杀灭细菌及其芽孢 钝化酶的活力 干制时间最短 费用最低 品质最高 40 第三节食品的干制方法及控制 按照热量来源分类 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 在常压或减压环境重用人工控制的工艺条件进行干制食品 有专用的干燥设备 41 一 自然干制 晒干 利用太阳光辐射能进行干燥的过程 风干 利用湿物料与空气的水蒸汽压差进行脱水干燥过程 应用 谷物类 果蔬和鱼贝类 海藻 肉制品 我国土特产 黄花菜 柿饼 火腿 鱼干 特点 节约能耗 降低成本 周期长 干燥缓慢 受到气候条件的限制 含水量偏高 15 干燥场地大 人工20倍 卫生条件差 易遭受污染 营养损失严重 42 晒干 风干 晾干 阴干 1 自然干制 一般晾晒 经济指数 可行指数 43 2 自然干制的发展 太阳能干燥器 气体流动方式 自然对流型强迫对流型集热器结构 温室型集热器型混合型 44 45 1 自然对流型 温室型 46 47 自然对流型特点 结构简单 造价较低 建造容易 操作简单 干燥成本低 保温性能差 昼夜温差大 干燥室容量小经济指数 可行指数 集热器型 48 2 强迫对流型 49 苹果太阳能脱水 甘肃 180 高效集热器 温室 辅助加热式 太阳能苹果脱水干燥示范车间 50 51 SolarDryersAustralia SDA 52 强迫对流型 节能 可调节热风温度 干燥物料多 效果较好 效率较高经济指数 可行指数 53 二 人工干制 发展历史1780年 热水处理蔬菜 放在烘房架子上干燥 1878年德国人研制第一台辐射热干燥器 1882年后真空干燥器诞生 20世纪初 热风脱水蔬菜大量工业化生产 最早采用烘 焙 炒 后来有热风隧道式及气流式 流化床式和喷雾式干燥 特点不受气候条件限制 时间缩短 易于控制 质量显著提高 但是能耗和干燥成本较大 54 食品干燥技术的发展 人工脱水方法 第一代 对粉 粒 块等固体物料的脱水干燥技术 主要是在常压下利用流动的热风进行干燥第二代 对液态 浆状物料的脱水干燥技术 主要也用热风干燥 以喷雾干燥和转鼓干燥为代表第三代 着手于干燥温度 以低温的冷冻干燥 渗透脱水等为代表第四代 着手于干燥品质和节能 以红外 微波 超声波 Refractancewindow等技术为代表 55 一 热风干燥 第一代热风脱水技术 利用人工热源制造热空气为传热介质 对粉 粒 块等固体物料脱水干燥 厢 柜 式 隧道 带式 气流式 流化床 间歇式 半连续 连续生产 连续生产粉 粒料 56 1 厢 柜 式干燥设备 操作条件 空气温度 94 空气流速2 4m s优点 结构简单 设备费用低 缺点 间歇型 小批量 设备容量小 干燥不均匀 时间长 操作费用高 装卸劳动强度大 适用对象果蔬或价格较高的食品作为中试设备 摸索物料干制特性 57 2 隧道式干燥设备 一些定义 高温低湿空气进入的一端 热端低温高湿空气离开的一端 冷端湿物料进入的一端 湿端干制品离开的一端 干端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 58 1 顺流隧道式干燥设备 湿端即热端 冷端即干端 59 2 逆流隧道式干燥设备 物料与气流的方向相反 湿端即冷端 干端即热端 半连续性 60 2 逆流隧道式干燥设备 61 3 双阶段干燥 62 3 输送带式干燥 63 多层输送带式 64 4 气流干燥 65 旋风分离器的工作原理将粉末与空气分离 66 67 5 流化床干燥 68 5 流化床干燥 69 二 热风脱水技术 第二代热风脱水技术 对浆状物料脱水干燥 滚筒干燥 转鼓干燥 喷雾干燥 浆液状原料 粉 片 粉 干燥温度高 对品质损失严重 70 Themostcommonspaydryer opencycle co currentunit 6 喷雾干燥 71 设备组成 雾化系统空气加热系统干燥室空气粉末分离系统鼓风机 72 雾化系统 离心式 压力式 气流式 喷雾干燥器 73 喷雾干燥器 74 LPG 200离心式 75 7 接触干燥 接触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 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 76 滚筒干燥 转鼓干燥 77 单 双滚筒干燥设备系统示意图 78 a 喷溅加料 b 浸没加料 c 中央注流加料 d 单鼓注流加料 滚筒干燥器示意图 79 滚筒干燥 转鼓干燥 80 8 泡沫干燥 工作原理 将液态或浆质态物料首先制成稳定的泡沫料 然后在常压下用热空气干燥 造泡的方法 机械搅拌 加泡沫稳定剂 加发泡剂 特点 接触面大 干燥初期水分蒸发快 可选用温度较低的干燥工艺条件适用对象 水果粉 易发泡的食品 81 泡沫层干燥 工艺要求须先行浓缩需加入发泡稳定剂控制参数 空气温度 相对湿度 空气流速 两段式干燥法 顺流和逆流 特点形成多孔性结构 含水量极低 干燥速率快 产品品质好存在添加剂残留 对泡沫的均匀性和持续性要求高 冷却器 搅打机 干燥器 粉碎机 粉末干制品 热风 湿空气 发泡剂 气体 热浓缩液 82 三 降低脱水技术 第三代脱水技术 降低脱水温度 真空冷冻脱水 渗透脱水 产品质量好 但成本高 83 9 真空干燥 在低于常压条件下使物料干燥的方法 84 原理 通过沸点干燥 当降低压强的时候 水的沸点也降低 在真空状态下提供热源 使蒸发和沸腾同时进行 加快汽化速度 通过融点干燥 先将将湿物料 或溶液 在较低温度下 10 50 冻结成固态 然后在高度真空 130 0 1Pa 下 将其中固态水分直接升华为气态而除去的干燥过程 85 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 10 冷冻干燥 86 冷冻干燥的过程 把含有大量水分的物质预先进行降温冻结成固体 然后在真空条件下使水蒸汽直接升华 物质本身剩留在冻结时的冰架中 干燥后体积不变 疏松多孔 87 冻干后的产品结构 88 冻干过程 预冻 为升华准备样品 将产品冻到凝固点以下10 20 主冻干 冰升华不融化 后冻干 固体物质残留水分被除去 留下干燥样品 89 冻干机的组成 按系统分致冷系统 真空系统 加热系统 和控制系统四个主要部分 按结构分冻干腔体 冷凝器或称冷阱 压缩机 真空泵和阀门 电气控制元件等 90 冷冻干燥器 91 真空冷冻脱水 92 93 11 渗透脱水 糖 盐溶液 94 特点 利用生物膜半透性 只适合动植物原料在脱水同时有溶质渗入 适合某些特殊食品的脱水一般仅用于其它脱水方法的预处理低温 节能 95 四 脱水新技术 第四代脱水技术 新技术的应用与结合 微波脱水 远红外脱水 其它 refractancewindowdryingtechnology 产品质量好能耗要低 超声波脱水 96 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 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 超声波干燥是指用20 106kHz的电磁波进行处理 能量场作用下的干燥 97 12 红外线及远红外干燥 利用物料受红外线辐照而吸收红外线发热升温 使物料内部的水分不断扩散而转移出来达到脱水干燥的目的 98 A 红外干燥 远红外干燥器示意图 A 贮箱 B 红外加热元件 C 输送带 D 振动器 E 暂贮箱 99 13 微波脱水 100 微波脱水 MicrowaveVacuumDryer降低干燥温度 130 101 微波干燥器示意图 102 300MHz 300000MHz 常用2450MHz防止微波泄露 进口与出口用特殊的吸收材料微波分布和准确控温 103 微波干燥设备 104 14 refractancewindowdryingtechnology anewtechnologyintroducedbyMCDTechnologies 1999 RW RefractanceWindow 干燥 意为 折射窗 或 偏流窗 薄层干燥 目前还没有统一的中文译名 105 1 原理 水产生的红外线在 聚酯 膜和空气中的传播性质 反射 折射 reflected refractedwindow 106 传导 辐射加热方式的合理应用 107 三 食品脱水方法 设备研究方向 经济考量 降低设备成本 提高设备生产率 发展自动化连续生产设备 减少劳动力 环保方面 降低能耗 减少废气中产品的损失产品质量方面 成品水分的精确控制 降低化学变化 结构和质地变化 保持色泽 控制产品密度 开发可调脱水工艺以满足不同消费者对产品物性的不同要求 108 第四节干制品的包装与储藏 一 包装前干制品的处理 1 筛选分级 2 回软 均湿处理 3 防虫 4 压块 5 速化复水处理 109 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 110 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 111 2 干制品的包装容器 纸箱和盒 塑料袋 金属罐 玻璃瓶 112 3 干制食品包装 防湿包装 高阻湿性包装材料 要密封 加干燥剂 氯化钙 硅胶 防氧包装抽真空 减压包装充气 氮气 二氧化碳 防氧化 加脱氧剂 铁粉 连二亚硫酸钠 113 1 高吸湿性食品的包装 典型食品速溶咖啡 奶粉 水分1 一3 通常平衡相对湿度低于20 有一些产品低10 包装要求包装环境有较低的相对湿度 RH 包装材料隔绝水 汽 气 光性能高 包装密封性好 包装形式金属罐 玻璃瓶 复合铝塑纸罐 铝箔袋及铝塑复合袋 真空或充气 软包装 组合包装 大套小 外袋内加干燥剂 吸氧剂 114 2 易吸湿性食品的包装 典型食品茶叶 脱水汤料 烘烤早餐谷物 饼干等 水分2 8 平衡相对湿度10 30 包装要求隔绝水 气 汽 光 包装形式茶 铁罐 瓷罐 复合铝箔袋 袋泡茶用纸 外加收缩膜 调味汤料 隔绝性好的玻璃瓶或塑料瓶等饼干 金属罐 防湿玻璃纸 铝箔复合薄膜 镀铝聚酯膜等 115 3 低吸湿性食品的包装 典型食品坚果 豆类 淀粉 肉干等食品 含水量6 20 平衡湿度60 90 包装要求吸湿较慢 可采用一般性包装 合适的隔汽性包装可延长保质期 116 三 干制品的贮藏 良好的贮藏环境是保证干制品耐藏性的重要因素 环境相对湿度是水分的主要决定因素 干制品贮藏的条件干燥地方 相对湿度 65 避免有较大的温差 低温更好 0 2 但不易超过10 14 避光 防虫防鼠 117 工艺流程 原料选择 整理分级 洗涤 去皮去核 切分 护色 热烫或化学处理 干燥 自然或人工干燥 成品 均温回软 包装 贮藏 四 干制的工艺 118 实例一 苹果干制 膨化苹果干 苹果脆片 119 实例二 脱水蔬菜 脱水蔬菜汤料 脱水蔬菜汤料按加工途径分类干燥法 由液态汤料浓缩干燥而成 混合拌和法 由用干燥物料调配混合而成 蔬菜汤料原辅材料蔬菜 增稠剂 澄清剂 调料等 干燥法加工脱水蔬菜汤料工艺流程 120 脱水蔬菜的生产 胡萝卜干胡萝卜原料洗涤切头尾去皮 蒸汽法 0 48Mpa蒸汽中40 120s 或碱液法 在 NaOH中 min 切片 mm厚 切方粒灭酶 在沸