食品工艺学-第二章+食品的脱水2

1、第第二二章章 食品的脱水食品的脱水内内 容容v概述概述v第一节第一节 食品干藏原理食品干藏原理v第二节第二节 食品的干燥机制食品的干燥机制v第三节第三节 干制对食品品质的影响干制对食品品质的影响v第四节第四节 食品的干制方法食品的干制方法v第五节第五节 干制品的包装与贮藏干制品的包装与贮藏概概 述述一、食品的脱水加工（一、食品的脱水加工（dehydration）1 脱水加工的概念脱水加工的概念 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。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脱水加工的操作类型v

2、依据脱水的程度，脱水加工可分为两种类型：依据脱水的程度，脱水加工可分为两种类型： 浓缩浓缩(concentration)：产品是液态，其中水分含量产品是液态，其中水分含量较高较高15%，如浓缩果汁，如浓缩果汁40-70% 干燥干燥(drying)：产品是固体，最终水分含量产品是固体，最终水分含量低低15%15%，如果汁粉、奶粉、粉状咖啡如果汁粉、奶粉、粉状咖啡浓缩往往是干燥操作的前处理工序浓缩往往是干燥操作的前处理工序 3 食品脱水的原理食品脱水的原理v依据依据食品组分的蒸汽压不同食品组分的蒸汽压不同：在：在常温常温下或下或真空真空下下加热加热让水分蒸发，而达到分离去除水分至固体或让水分蒸发，

3、而达到分离去除水分至固体或半固体的目的半固体的目的干燥或干制干燥或干制 ； v依据食品分子大小不同：用依据食品分子大小不同：用膜膜来分离水分；如超来分离水分；如超滤、反渗透等滤、反渗透等浓缩浓缩 。超超 滤滤v超滤：有压力驱动的膜分离过程，超滤：有压力驱动的膜分离过程，能截留小胶体粒子、能截留小胶体粒子、大分子物质，超滤膜孔径为大分子物质，超滤膜孔径为0.01-0.10.01-0.1微米微米，操作压力，操作压力为为0.1-1MPa0.1-1MPa。主要用于物料的分离纯化和浓缩。主要用于物料的分离纯化和浓缩v特点：冷操作，蛋白质不会变性；特点：冷操作，蛋白质不会变性； 奶粉的生产奶粉的生产 乳清

4、蛋白的回收乳清蛋白的回收 果汁的澄清果汁的澄清反反 渗渗 透透v反渗透的原理反渗透的原理v反渗透的特点反渗透的特点v反渗透的例子反渗透的例子 果汁果汁浓缩浓缩食品脱水加工是指食品脱水加工是指: 在控制的条件下，通过在控制的条件下，通过加热蒸发加热蒸发脱水的方法，几乎完全地除去食品中脱水的方法，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品被脱水后水分含量在15%以下，以下，即即干燥或干制干燥或干制。4 干燥的目的干燥的目的v降低食品中水分含量降低食品中水分含量:一般由一般

5、由50-90%减为减为15%以下；以下；v减小食品体积和重量减小食品体积和重量: 一般重量变为原来的一般重量变为原来的1/8-1/2左右，节省包装、贮藏和运输费左右，节省包装、贮藏和运输费用，方便性；用，方便性； v为了食品的贮藏和延长保藏期为了食品的贮藏和延长保藏期；这就是干燥；这就是干燥保藏。保藏。 奶粉奶粉 红枣红枣 葡萄干葡萄干 香菇、笋干香菇、笋干5 食品干燥保藏食品干燥保藏/干藏干藏v定义定义：指在自然条件或人工控制条件下，使食：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，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

6、。并始终保持低水分可进行长期贮藏的方法。v干制食品在室温下一般可贮存一年或一年以上干制食品在室温下一般可贮存一年或一年以上 6 食品干藏的历史食品干藏的历史v我国北魏在我国北魏在齐民要术齐民要术一书中记载用一书中记载用阴干阴干加工肉脯的方法。加工肉脯的方法。v在在本草纲目本草纲目中，用晒干制桃干的方法。中，用晒干制桃干的方法。v大批量生产的干制方法是在大批量生产的干制方法是在1795年，将片年，将片状蔬菜堆放在室内，通入状蔬菜堆放在室内，通入40热空气进行干热空气进行干燥，这就是早期的干燥保藏方法，差不多与燥，这就是早期的干燥保藏方法，差不多与罐头食品生产技术（罐头食品生产技术（1810）同时

7、出现。）同时出现。7 食品干藏的特点食品干藏的特点v自然干制：简单易行、生产费用低；但时间自然干制：简单易行、生产费用低；但时间长、受气候条件影响；长、受气候条件影响； v人工干制：不受气候条件限制，操作易于控人工干制：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；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；但需要专用设备，能耗大，干制费用大； v人工干制技术仍在发展，高效节能人工干制技术仍在发展，高效节能第一节第一节 食品干藏原理食品干藏原理v食品的腐败变质与食品中水分含量（食品的腐败变质与食品中水分含量（M）具有）具有一定的关系，但仅仅

8、知道食品中的水分含量还一定的关系，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。不能足以预言食品的稳定性。v花生油花生油 M 0.6时变质时变质 淀粉淀粉 M 20不易变质不易变质v鲜肉与咸肉鲜肉与咸肉 鲜菜与咸菜（一般鲜菜与咸菜（一般80%左右）左右）一一 食品中水分存在的形式食品中水分存在的形式v 结合水结合水/被束缚水被束缚水 Immobilized water 是指不易流动、有结合力固定、不易结冰是指不易流动、有结合力固定、不易结冰（40），不能作为外加溶质的溶剂；），不能作为外加溶质的溶剂；v游离水游离水/自由水自由水 Free water 是指组织细胞中易流动、容易结冰，也

9、能溶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。解溶质的这部分水。结结合水合水与与自由水的自由水的区别区别v游离水和结合水可用水分子的逃逸趋势（逸度）游离水和结合水可用水分子的逃逸趋势（逸度）来反映。来反映。v食品中水分被利用的难易程度主要是依据水分结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。被利用，结合力或程度越大，则越难以被利用。v见见Flash1二二 水分活度水分活度

10、1. 定义定义 可用水分子的逃逸趋势（逸度）来反映游离水和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结合水的区别。食品中水的逸度与纯水的逸度之比称为为水分活度水分活度AW（water activity) f 食品中水的逸度食品中水的逸度 Aw = f0 纯水的逸度纯水的逸度 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，示，在常压（低压）或室温时，f/f0 和和P/P0之差非之差非常小（常小（1%），故用），故用P/P0来定义来定义AW是合理的。是合理的。 v食品加工中，食品加工

11、中，水分活度水分活度通常定义为食品表面测定通常定义为食品表面测定的水蒸气压（的水蒸气压（P P）与相同温度下纯水的饱和蒸汽）与相同温度下纯水的饱和蒸汽压（压（P P0 0）之比，是一个近似值。）之比，是一个近似值。 Aw P/P Aw P/P0 0其中其中 P P：食品中水的蒸汽分压；：食品中水的蒸汽分压； P P0 0：纯水的蒸汽压（相同温度下纯水的饱和：纯水的蒸汽压（相同温度下纯水的饱和蒸汽压）蒸汽压）v蒸汽压与相对湿度有关，因而蒸汽压与相对湿度有关，因而Aw与环境的平衡相与环境的平衡相对湿度（对湿度（ERH，Equilibrium relative humidity）也相关。）也相关。

12、Aw = P/P0 = ERH/100v测定相对湿度使用水分活度测定仪测定相对湿度使用水分活度测定仪 注意：注意： 1. Aw是食品的固有性质，反映了食品中是食品的固有性质，反映了食品中水分的结合状态；而水分的结合状态；而ERH反映了与食品相平衡时反映了与食品相平衡时周围的空气状态或大气性质。周围的空气状态或大气性质。2. 当水分含量很低当水分含量很低时，测量结果不准确。时，测量结果不准确。水分活度数值的意义水分活度数值的意义vAw =1的水就是自由水（或纯水），指的水就是自由水（或纯水），指可以被利用的水；可以被利用的水；vAw 1的水就是指水被结合力固定，数的水就是指水被结合力固定，数值的

13、大小反映了结合力的多少；值的大小反映了结合力的多少； vAw越小则指水被结合的力就越大，水被越小则指水被结合的力就越大，水被利用的程度就越难；利用的程度就越难； 水分活度小的水是难水分活度小的水是难以或不可利用的水。以或不可利用的水。2. Aw大小的影响因素v 温度；温度；v 取决于水存在的量；取决于水存在的量；v 水中溶质的种类和浓度；水中溶质的种类和浓度； v 食品成分或物化特性；食品成分或物化特性； v 水与非水部分结合的强度水与非水部分结合的强度 Food Moisture content (%) Water activity Ice 100 1.00 Ice 100 0.91 Ice

14、 100 0.82 Ice 100 0.62 Fresh meat 70 0.985 Bread 40 0.96 Marmalade 35 0.86 Wheat flour 14.5 0.72 Raisin 27 0.60 Macaroni 10 0.45 Boiled sweets 3.0 0.30 Biscuuits 5.0 0.20 Dried milk 3.5 0.11 Potato crisps 1.5 0.08 表表2-1 常见食品中水分含量与常见食品中水分含量与Aw的关系的关系0-10-20-503. 水分含量（水分含量（M）与水分活度（）与水分活度（Aw）v 在在恒定温度恒定温

15、度下，食品中水分含量（下，食品中水分含量（M）与水分活度）与水分活度（Aw）之间的关系曲线称为该食品的之间的关系曲线称为该食品的水分吸附等温线水分吸附等温线（Moisture sorption isotherms，MSI）。）。v 吸附：当食品表面水分蒸汽压低于空气蒸汽压时，空气中吸附：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；的空气中的吸收水蒸气而增加水分；v 解吸：当食品水蒸汽压大于空气蒸汽压时，食品中的水分解吸：当食品水蒸汽压大于空气蒸汽压时，食品中的水分

16、就蒸发，蒸汽压相对下降，水分含量降低；就蒸发，蒸汽压相对下降，水分含量降低；v 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。汽压相平衡。水分吸附等温线水分吸附等温线- -高水分含量（高水分含量（反向反向L L）0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 （Aw） 80 60 40 20 0含水量含水量% 水分吸附等温线水分吸附等温线- -低水分含量（低水分含量（反反S S）含水量的小幅变化会导致含水量的小幅变化会导致Aw的大幅度增加的大幅度增加v I区：第一转折点前区：第一转折点前(水分含量水分含量 1%)，离子或偶极作用，离

17、子或偶极作用，单分子层吸附水单分子层吸附水(单层水分单层水分)； v II区：第一转折点与第二转折点之间区：第一转折点与第二转折点之间(水分含量水分含量 5%) ，氢键，多分子层吸附水氢键，多分子层吸附水(多层吸附水多层吸附水)； v III区：第二转折点之后区：第二转折点之后(水分含量水分含量95%) ，在食品内，在食品内部的毛细管内或间隙内的游离水部的毛细管内或间隙内的游离水(自由水或体相水自由水或体相水) 0 0.25 0.5 0.8 1.0 （Aw）含水量含水量I I区区II II区区IIIIII区区（）自由水或体相水，是食）自由水或体相水，是食品中结合得最弱，流动性最大品中结合得最弱

18、，流动性最大的水，主要是在细胞体系或凝的水，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。这种水很易被物理截留的水。这种水很易通过干燥被除去或易结冰，可通过干燥被除去或易结冰，可作为溶剂，容易被酶和微生物作为溶剂，容易被酶和微生物利用，造成食品腐败，通常占利用，造成食品腐败，通常占95%以上；以上； （）多层水，）多层水，主要通过水主要通过水-水和水和水水-溶质氢键同相溶质氢键同相邻分子缔合，为邻分子缔合，为可溶性组分的溶可溶性组分的溶液，大部分多层液，大部分多层水在水在-40不被冻不被冻结，结，I+II的水占的水占5%以下；以下；（）单分子层）单分子

19、层水，不能被冰冻，水，不能被冰冻，不能干燥除去。不能干燥除去。水被牢固地吸附水被牢固地吸附着，它通过水着，它通过水-离离子或水子或水-偶极相互偶极相互作用被吸附到食作用被吸附到食品可接近的极性品可接近的极性部位如多糖的羟部位如多糖的羟基、羰基、基、羰基、NH2，氢键，当所有的氢键，当所有的部位都被吸附水部位都被吸附水所占有时，此时所占有时，此时的水分含量被称的水分含量被称为单层水分含量，为单层水分含量， -40不能冻结，不能冻结，占总水量极小部占总水量极小部分。分。 吸附等温线的加工意义吸附等温线的加工意义vI单水分子层区和单水分子层区和II多水分子层区是食品被干燥多水分子层区是食品被干燥后达

20、到的最终平衡水分（一般在后达到的最终平衡水分（一般在5%以内）；这以内）；这也是干制食品的吸湿区；也是干制食品的吸湿区； vIII自由水层区，物料处于潮湿状态，高水分含自由水层区，物料处于潮湿状态，高水分含量，是脱水干制区。量，是脱水干制区。温度对水分吸附等温线的影响温度对水分吸附等温线的影响v 同一原料随着温度同一原料随着温度的升高吸附等温曲的升高吸附等温曲线向水分活度增加线向水分活度增加的方向抬升；的方向抬升； v 相同水分含量，水相同水分含量，水分活度随温度增高分活度随温度增高而增大；而增大；v 相同水分活度，水相同水分活度，水分含量随温度升高分含量随温度升高减小。减小。 食品种类对水分

21、吸附等温线的影响食品种类对水分吸附等温线的影响v食品的组分或成食品的组分或成分不同，会影响分不同，会影响水分含量和水分水分含量和水分活度之间的关系活度之间的关系v高糖及可溶性小高糖及可溶性小分子且无高聚物分子且无高聚物的食品的的食品的MSI呈呈J形形加工对食品水分吸附等温线的影响加工对食品水分吸附等温线的影响v食品在脱水过程中水分含量和水分活度之间的关食品在脱水过程中水分含量和水分活度之间的关系就是系就是解吸等温曲线解吸等温曲线； v吸附等温线和解吸等温线两者之间除首尾之外不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，解吸等温线中的能重合，且在相同水分含量下，解吸等温

22、线中的Aw比吸附等温线中低，这种现象称为比吸附等温线中低，这种现象称为吸附滞后吸附滞后现象。现象。v滞后环的形状取决于食品的类型和温度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滞后现象的几种解释（1）这种现象是由于多）这种现象是由于多孔食品中毛细管力所引孔食品中毛细管力所引起的，即表面张力在干起的，即表面张力在干燥过程中起到在孔中持燥过程中起到在孔中持水的作用，产生稍高的水的作用，产生稍高的水分含量。（水分含量。（2）另一种）另一种假设是在获得水或失去假设是在获得水或失去水时，体积膨胀或收缩水时，体积膨胀或收缩引起吸收曲线中这种可引起吸收曲线中这种可见的滞后现象。见的滞后现象。解吸解

23、吸/desorption:干燥过程干燥过程吸附吸附/sorption:复水过程复水过程吸附等温线滞后现象的意义吸附等温线滞后现象的意义v吸附和解吸等温线有滞后圈，说明干制食品与水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。的结合力下降或减弱了。v解吸和吸附的过程在食品加工中就是干燥和复水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的过程，这也是干制食品的复水性为什么下降的原因。原因。v注意：还没有完全了解所有的相互作用机制。注意：还没有完全了解所有的相互作用机制。 三三 水分活度对食品保藏性的影响水分活度对食品保藏性的影响v水分活度和

24、微生物生长活动的关系水分活度和微生物生长活动的关系 v水分活度对酶活力的影响水分活度对酶活力的影响 v水分活度对化学反应的影响水分活度对化学反应的影响 u大多数新鲜食品的水分活度大多数新鲜食品的水分活度在在0.98以上以上。u大多数重要的食品腐败细菌大多数重要的食品腐败细菌所需的最低所需的最低Aw都在都在0.9以上。以上。u水分活度降到水分活度降到0.75以下，食以下，食品的腐败变质才显著减慢；若品的腐败变质才显著减慢；若将水分降到将水分降到0.65，能生长的微，能生长的微生物极少。生物极少。u一般认为，水分活度降到一般认为，水分活度降到0.6以下食物才能在室温下进以下食物才能在室温下进行较长

25、时间的贮存。行较长时间的贮存。1. 水分活度和微生物生长活动的关系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食品中水分活度与微生物生长Aw0.85微生物生长受抑制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水分活度对细菌生长及毒素的产生的影响0.20.40.60.81.0AwAw0.65霉菌被抑制，在霉菌被抑制，在0.9左右霉菌生长最旺盛。左右霉菌生长最旺盛。 水分活度对霉菌生长的影响水分活度对霉菌生长的影响0.20.40.60.8Aw呈倒呈倒S型，开始随水分活度增大上升迅速，到型，开始随水分活度增大上升

26、迅速，到0.3左右左右后变得比较平缓，当水分活度上升到后变得比较平缓，当水分活度上升到0.6以后，随水分以后，随水分活度的增大而迅速提高。活度的增大而迅速提高。 Aw0.15才能抑制酶活性。才能抑制酶活性。2. 水分活度对酶活力的影响水分活度对酶活力的影响0.20.40.6Aw0.8Aw在在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。水化作用，从而显著地降低了催化效率。 AwAw超过超过0.

27、4时氧化速度时氧化速度增加，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。催化部位。 3. 水分活度对氧化反应的影响水分活度对氧化反应的影响0.20.40.60.8Aw水分活度对非酶褐变反应的影响水分活度对非酶褐变反应的影响食品在食品在AwAw在在0.4-0.80.4-0.8之间最适合非酶褐变之间最适合非酶褐变AwAw无法完全抑制褐变无法完全抑制褐变第二节第二节 食品干燥机制食品干燥机制一、一、 干燥机制（湿热的转移）干燥机制（湿热的转移）二、二、 干制过程的特性干制过程的特性三、三、 影响干制的因素影响干制的因素四、四、

28、合理选用干制工艺条件合理选用干制工艺条件一、干燥机制一、干燥机制v干燥干燥是指食品在热空气中是指食品在热空气中受热受热蒸发进行蒸发进行脱水脱水的过程的过程 在干燥时存在两个过程：在干燥时存在两个过程：v食品中水分子从内部迁移到与干燥空气接触的表面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（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面之间的蒸汽压差，水分子就立即转移到空气中（外部转移）（外部转移）水分转移；水分转移； v热空气中的热量从空气传到食品表面，再由表面传热空气中的热量从空气传到食品表面，再由表面传到

29、食品内部到食品内部热量传递；热量传递； v食品的干燥过程是一个湿热转移过程食品的干燥过程是一个湿热转移过程 Food H2O（2）温度梯度）温度梯度T食品在热空气中，食品表面受热高于它的食品在热空气中，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中心，因而在物料内部会建立一定的温度差，即差，即温度梯度温度梯度。温度梯度将促使水分。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（无论是液态还是气态）从高温向低温处转移。这种现象称为转移。这种现象称为导湿温性导湿温性。表面水分扩散到空气中内部水分转移到表面（1）水分梯度）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干制过程

30、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，物料中心的湿含量低，出现水分含量的差异，即存在即存在水分梯度水分梯度。水分扩散一般总是从高水分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方向移动。这种水分迁移现象称为导湿性导湿性。MM- MTT- T干燥过程湿热传递的模型干燥过程湿热传递的模型1. 导湿性导湿性（1） 水分梯

31、度水分梯度 若用若用M 表示表示等湿面等湿面水分含量（水分含量（kg/kg干物质干物质），则由内到外沿法线方向相距），则由内到外沿法线方向相距n的另一等湿面上的的另一等湿面上的水分水分含量为含量为M+M，那么物体内的水分梯度那么物体内的水分梯度grad M 为：为： grad M=lim（M/n）=M/n n0 M-物体内的湿含量，即每千克干物质内物体内的湿含量，即每千克干物质内的水分含量（的水分含量（kg/kg干物质干物质） n-物料内等湿面间的垂直距离（物料内等湿面间的垂直距离（m）ngrad MI水分梯度影响下水分的流向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

32、述公式求得：导湿性引起的水分转移量可按照下述公式求得： I湿湿= -K0（M/n）= -K0M（kg/(m2h)）其中：其中：I湿湿- 物料内水分转移量，单位时间内单位面积上的水分物料内水分转移量，单位时间内单位面积上的水分 转移量（转移量（kg/m2h） K- 导湿系数（导湿系数（m2/h） 0 -单位潮湿物料容积内绝对干物质质量（单位潮湿物料容积内绝对干物质质量（kg干物质干物质/m3） M- 物料水分（物料水分（kg/kg干物质干物质）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。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。注意注意v导湿系数在干燥过程中并非稳定不导

33、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变的，它随着物料温度和水分含量的变化而异的变化而异（2）物料水分与导湿系数间的关系）物料水分与导湿系数间的关系 K K值的变化比较复杂。当物料处值的变化比较复杂。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，以液体状态基本上为自由水分，以液体状态转移，导湿系数稳定不变（转移，导湿系数稳定不变（EDED段）；在段）；在区时，被除去的水分区时，被除去的水分基本上为渗透水分，水分以液体基本上为渗透水分，水分以液体状态和蒸汽状态转移，导湿系数状态和蒸汽状态转移，导湿系数下降（下降（DCDC段）；段）；区中排除

34、的水区中排除的水分为吸附水分，基本上以蒸汽状分为吸附水分，基本上以蒸汽状态扩散转移，先为多分子层水分，态扩散转移，先为多分子层水分，后为单分子层水分，故后为单分子层水分，故K K先上升先上升后下降（后下降（CACA段）段）导湿系数导湿系数K（m2/h）物料水分物料水分M（kg/kg干物质干物质）ACDE物料水分和导湿系数间的关系物料水分和导湿系数间的关系 吸附水分吸附水分 渗透水分渗透水分毛细管水分毛细管水分B（3）导湿系数与温度的关系导湿系数与温度的关系K与温度指数成正比与温度指数成正比启示：启示：v若将导湿性小的物料在干若将导湿性小的物料在干制前加以预热，就能显著制前加以预热，就能显著地加

35、速干制过程。地加速干制过程。v如果加热时要避免食品物如果加热时要避免食品物料表面水分的蒸发，可在料表面水分的蒸发，可在饱和湿空气中加热。饱和湿空气中加热。导湿系数（导湿系数（K102）K102=(T/290)14温度（温度（）硅酸盐类物质温度和导湿系数的关系硅酸盐类物质温度和导湿系数的关系2. 导湿温性导湿温性v干燥中，物料表面受热高于它的中心，因干燥中，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。而在物料内部会建立一定的温度梯度。温温度梯度将促使水分（不论液态或气态）从度梯度将促使水分（不论液态或气态）从高温处向低温处转移。高温处向低温处转移。这种由温度梯度引这种由温度梯度

36、引起的导湿温现象称为导湿温性。起的导湿温现象称为导湿温性。v导湿温性是在许多因素影响下产生的复杂导湿温性是在许多因素影响下产生的复杂现象现象v高温将促使液体粘度和它的表高温将促使液体粘度和它的表面张力下降，将促使水蒸汽压面张力下降，将促使水蒸汽压上升，高温区水蒸汽压大于低上升，高温区水蒸汽压大于低温区；温区； v此外，高温区毛细管内水分还此外，高温区毛细管内水分还将受到挤压空气扩张的影响，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结果使毛细管内水分顺着热流方向转移；方向转移； v沿热流方向转移的毛细管内水沿热流方向转移的毛细管内水分与水分梯度的方向相反，导分与水分梯度的方向相反，导湿

37、温性成为食品干燥时水分减湿温性成为食品干燥时水分减少的阻碍因素。少的阻碍因素。TT+TT/ nI内内表面温度梯度下水分的流向温度梯度下水分的流向n（1）温度梯度）温度梯度v导湿温性引起水分转移的流量将和温度梯度成正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：比，它的流量可通过下式计算求得： I温温= -K0（T/n）其中：其中： I温温-物料内水分转移量，单位时间内单位面积上的水分物料内水分转移量，单位时间内单位面积上的水分 转移量（转移量（kg/（m2h） K-导湿系数（导湿系数（m2/h） 0 -单位潮湿物料容积内绝对干物质重量（单位潮湿物料容积内绝对干物质重

38、量（kg干物质干物质/m3） -湿物料的导湿温系数（湿物料的导湿温系数（1/，或，或kg/kg干物质干物质） （单位温度梯度引起物料水分梯度的变化）（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表示水分转移和温度梯度方向相反（2）导湿温系数）导湿温系数v 就是温度梯度为就是温度梯度为1/m时所时所引起的水分转移量，即引起的水分转移量，即 M Tv = - n nv 导湿温系数和导湿系数（导湿温系数和导湿系数（K）一样，会因物料水分的差异一样，会因物料水分的差异 （即物料和水分结合状态）（即物料和水分结合状态）而变化。而变化。v 导湿温系数和物料水分的关导湿温系数和

39、物料水分的关系见右图。系见右图。导湿温系数导湿温系数（1/）0AB物料水分物料水分M（%）Ov在水分含量较低时，即在水分含量较低时，即AB段，导湿温系数段，导湿温系数随随物料水分含量物料水分含量M的增加而上升；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，由于受空气气态方式扩散，当水分含量很低时，由于受空气挤压的影响，挤压的影响，值甚至出现负值；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，）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，直至达到水结合力减弱，扩散方式向

40、液态转变，直至达到水分含量最高点，即分含量最高点，即B点，水分以液态转移为主；点，水分以液态转移为主； 3） 最高值，即最高值，即B点，是吸附水和自由水分（渗点，是吸附水和自由水分（渗透水分和毛细管水分）的分界点。透水分和毛细管水分）的分界点。v在水分含量高的时候，在水分含量高的时候， 自由水（渗透水分在自由水（渗透水分在渗透压下和毛细管水分在毛细管势能作用下）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（曲线物料水分含量而发生变化（曲线） ；v但如果因受物料内挤压空气的影响，妨碍液但如果因受物料内挤

41、压空气的影响，妨碍液态水分的转移，则导湿温性下降（曲线态水分的转移，则导湿温性下降（曲线） 3. 干制水分总量干制水分总量v水分的总流量是由导湿性和导湿温性共同作水分的总流量是由导湿性和导湿温性共同作用的结果：用的结果：I总总=I湿湿+I温温v对于对流干燥，温度由物料表面向中心传递对于对流干燥，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（温度梯度促使水分从高温处向低温处转移）移），而水分流向正好相反，即温度梯度和，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：水分梯度的方向恰好相反时： I总总= I湿湿-I温温v当当I湿湿 I温温 以导湿性为主，物料水分将按照水分

42、减少以导湿性为主，物料水分将按照水分减少方向转移；导湿温性为次要因素；方向转移；导湿温性为次要因素； v 当当I湿湿 I温温 水分随热流方向转移，并向物料水分增加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方向发展，物料水分含量减少的进程变慢或者停止。或者停止。 例例1：饼饼干生干生产产例例2：面包的生产：面包的生产二、干制过程的特性二、干制过程的特性1. 干燥曲线干燥曲线 食品在干制过程中，食品食品在干制过程中，食品水分含量水分含量逐渐减少，逐渐减少，干燥速率干燥速率逐渐变低，逐渐变低，食品温度食品温度也在不断上升。这也在不断上升。这些特性组合在一起可以全面表达食

43、品的干燥曲线。些特性组合在一起可以全面表达食品的干燥曲线。v水分含量水分含量曲线曲线v干燥速率干燥速率曲线曲线v食品温度食品温度曲线曲线（1）水分含量曲水分含量曲线（干燥曲线）线（干燥曲线） 干制过程中食品绝干制过程中食品绝对水分和干制时间的关对水分和干制时间的关系曲线。干燥初始时，系曲线。干燥初始时，食品被预热，食品水分食品被预热，食品水分在短暂的平衡后（在短暂的平衡后（AB段），出现快速下降，段），出现快速下降，几乎是直线下降（几乎是直线下降（BC），），当达到较低水分含量（当达到较低水分含量（C点）时（第一点）时（第一临界水临界水分分），干燥速率减慢，），干燥速率减慢，随后趋于平衡，达到

44、随后趋于平衡，达到平平衡水分衡水分（DE）。）。平衡水分取决于干燥平衡水分取决于干燥时的空气状态时的空气状态（2）干燥速率曲线）干燥速率曲线 干燥速率是水分子从食品表面逸散至干干燥速率是水分子从食品表面逸散至干燥空气的速度。燥空气的速度。 食品被加热，水分开始蒸发，干燥速率上食品被加热，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升，随着热量的传递，干燥速率很快达到最高值（高值（ABAB），此为升速阶段；），此为升速阶段； B B点时干燥速率最大，此时水分从内部点时干燥速率最大，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转移到表面的速率大于或等于水分从表面扩散到空气

45、中的速率，然后保持稳定不变，此散到空气中的速率，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；维持表面水分含量恒定； C C对应第一临界水分对应第一临界水分C C，物料表面不再，物料表面不再全部被水分润湿，干燥速率开始减慢，因此全部被水分润湿，干燥速率开始减慢，因此CC称为干燥过程的临界点；称为干燥过程的临界点； 降速干燥阶段降速干燥阶段CDCD是第二干燥阶段的开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始，此时食品内部水分转移速率小

46、于食品表面水分蒸发速率；面水分蒸发速率； 当干燥速率降低到当干燥速率降低到DD时，食品物料表面时，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；内部水分转移速率决定的； 当干燥达到平衡水分时，干燥就停止当干燥达到平衡水分时，干燥就停止（EE）。）。 （3）食品温度曲线）食品温度曲线 曲线曲线3 3是食品温度曲线。初期食品温度上升至是食品温度曲线。初期食品温度上升至BB点，为食品点，为食品初期加热阶段（初期加热阶段（ABAB）；）；BCBC为恒速阶段，该阶段热空气向食品为恒速阶段，该阶段热空气向食品提供的热量全部消耗于水分蒸发，食

47、品物料的温度没有发生变化。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。物料表面温度等于水分蒸发温度，即湿球温度。CC点后干燥速率点后干燥速率下降，在降速干燥阶段，温度上升直到干球温度下降，在降速干燥阶段，温度上升直到干球温度（EE） ，说明内，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。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干燥过程中的恒速阶段和降速阶段v与与食品本身水分含量食品本身水分含量有关：

48、干制过程中食品内部水有关：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阶段就不存在 含水量含水量75-90%的苹果的苹果有恒速和降速阶段；有恒速和降速阶段； 含水量含水量9%的花生米的花生米仅经历降速阶段仅经历降速阶段v与与物料性质物料性质和和干燥介质干燥介质(空气空气)有关有关 三、影响干制的因素三、影响干制的因素v干制过程就是水分的转移和热量的传干制过程就是水分的转移和热量的传递，即湿热传递过程，对这一过程的递，即湿热传递过程，

49、对这一过程的影响因素主要取决于影响因素主要取决于干制条件干制条件（由干（由干燥设备类型和操作状况决定）以及燥设备类型和操作状况决定）以及干干燥物料的性质燥物料的性质。1. 干制条件的影响干制条件的影响v在人工控制条件下或干燥机中干燥；在人工控制条件下或干燥机中干燥； v食品的干燥需要在快的同时干燥量要大；食品的干燥需要在快的同时干燥量要大； v干燥条件对干燥恒率阶段（或恒速期）和干燥条件对干燥恒率阶段（或恒速期）和降率阶段（或降速期）的影响条件主要有降率阶段（或降速期）的影响条件主要有空气温度空气温度、流速流速、相对湿度相对湿度和和气压气压 （1）温度）温度 增加温度可以使干燥加快。增加温度可

50、以使干燥加快。v温度提高，传热介质与食品间温差加大，热量向食品温度提高，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恒速干燥阶段的干燥速率增加；的干燥速率增加； v对于一定水分含量的空气，随着温度提高，空气相对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，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，这对于从而使内部干燥加速，这对于降速阶段降速

51、阶段也有效也有效（2）空气流速）空气流速 空气流速加快，食品干燥速率也加速。空气流速加快，食品干燥速率也加速。v热空气所能容纳的水蒸气量高于冷空气，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；食品内水分进一步蒸发；v和食品表面接触的空气量增加，可显著加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。速食品中水分的蒸发。（3）空气相对湿度）空气相对湿度v空气相对湿度越低，食品干燥速率越快。因为空气相对湿度越低，食品干燥速率越快。因为

52、食品表面和干燥空气之间的水分蒸汽压差是影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。的湿空气不能吸收来自食品的蒸发水分。v食品水分下降的程度也由空气湿度所决定。食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品水分始终要和周围空气的湿度处于平衡状态v干制时最有效的空气温度和相对湿度可以从各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。种食品的吸湿等温线

53、上寻找。（4）大气压力和真空度）大气压力和真空度v气压影响水的平衡，当真空下干燥时，空气的蒸气压影响水的平衡，当真空下干燥时，空气的蒸汽压减少，在恒速阶段干燥更快。汽压减少，在恒速阶段干燥更快。v气压下降，水沸点相应下降，气压愈低，沸点也气压下降，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。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适合热敏物料的干燥v注意：当干燥受内部水分转移限制时，真空操作注意：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。对干燥速率影响不大。操作条件对干燥速率影响的总结操作条件对干燥速率影响的总结 2. 食品性质

54、的影响食品性质的影响v（1 1） 表面积表面积 表面积增大有利于干燥。表面积增大有利于干燥。 高表面积、小颗粒、薄片易干燥、快高表面积、小颗粒、薄片易干燥、快v（2 2） 组分定向组分定向 水分在食品内的转移在不同方向上差别很大，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。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燥要快得多 v（3 3）细胞结构：）细胞结构： 食品中细胞外水分比细胞内的水更易除去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。但细胞破裂会引当细胞被破碎时，有利

55、于干燥。但细胞破裂会引起干制品质量下降；起干制品质量下降； v（4 4）溶质的类型和浓度：）溶质的类型和浓度： 溶质如蛋白质、碳水化合物、盐、糖等，与溶质如蛋白质、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，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。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

56、参变数组成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；速、气压是主要工艺条件； 食品食品温度温度是干燥过程中控制食品品质的重要是干燥过程中控制食品品质的重要因素，它决定于因素，它决定于空气温度、相对湿度和流速空气温度、相对湿度和流速等等主要参数。主要参数。1. 最适宜的干制工艺条件最适宜的干制工艺条件v干制时间最短；干制时间最短；v热能和电能的消耗量最低；热能和电能的消耗量最低；v干制品的质量最高；干制品的质量最高； 它随食品种类而不同，在具体干燥设它随食品种类而不同，在具体干燥设备中难以达到理想的

57、干燥工艺条件，为此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。理干制工艺条件。2.合理选用干制工艺条件的原则合理选用干制工艺条件的原则 （1 1）干燥初始阶段干燥初始阶段：使食品表面的水分蒸发速率尽可：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。降低食品内部的水分扩散速率。 办法：降低空气温度和流速，提高空气相对湿度办法：

58、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）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。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，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。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）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，率，使它能和逐步降低了

59、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。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。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）干燥末期：干燥介质的相对湿度相对湿度应根应根据预期干制品水分含量加以选用。一般达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到与当时介质温度和相对湿度条件相适应的平衡水分。的平衡水分。 如北方干燥的蔬菜比南方的水分含量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要

60、低，因北方空气相对湿度小第三节第三节 干制对食品品质的影响干制对食品品质的影响一、一、 干制过程中食品的主要变化干制过程中食品的主要变化1. 物理变化物理变化 干缩、干裂干缩、干裂表面硬化表面硬化多孔性多孔性热塑性热塑性 溶质的迁移溶质的迁移2. 化学变化化学变化（1）营养成分）营养成分蛋白质蛋白质 变性、降解变性、降解 碳水化合物碳水化合物 分解、焦化、褐变分解、焦化、褐变脂肪脂肪 氧化氧化 维生素维生素 易被破坏和损失易被破坏和损失 （2）色素）色素色泽随物料本身的物化性质改变（反射、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）散射、吸收传递可见光的能力）天然色素：类胡