课件：食品工艺学课件食品干藏.ppt

食品工艺学,邵阳学院生物与化学工程系 赵良忠 ,2019,-,1,第二章 食品的脱水加工,概述 第一节 食品干藏原理 第二节 食品干燥机制 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 干制品的包装和贮藏,2019,-,2,概述,1. 食品的脱水加工（ dehydration） 1.1 脱水加工就是从食品中去除水分 日常生活中如日晒稻谷,风干鱼肉,油炸薯条,烤烧饼、面包等,这些加工都会使食品失去水分,2019,-,3,但是有些操作并不仅仅是为了去除水分,应还有其他的作用: 如油炸是为了脆 烤是为了香脆或酥 因而人们不认为这些操作是食品脱水的一种主要形式. 而是食品熟制、定型的加工工序。,2019,-,4,1.2 脱水加工的类型,依据脱水的程度,脱水加工可以分为两种类型: 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% 如桔子粉,奶粉,粉状咖啡。,2019,-,5,依据食品脱水的原理,食品脱水加工类型: 加热（冷冻）脱水 在常温下或真空下加热让水分蒸发，依据食品组分的蒸汽压不同而分离去除水分至固体或半固体；（奶粉、炼乳） 如干燥或干制,2019,-,6,膜分离脱水 依据食品分子大小不同，用膜来分离水分; 如微滤、超滤、纳滤、反渗透等 主要是用于浓缩,2019,-,7,膜浓缩原理,分子筛的原理： 不同大小的分子对具有一定孔径大小的膜其通透性不同，小分子比大分子更容易通过膜，水分子是食品中最小的分子之一，用适当孔径的膜在外加压力下，就可以实现浓缩，,2019,-,8,特点 冷操作，蛋白质不会变性； 如从乳清中回收乳清蛋白；,2019,-,9,2. 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1/81/2左右 节省包装、贮藏和运输费用，带来了方便性；,2019,-,10,为了食品的贮藏和延长保藏期;这就是干燥保藏 例如奶粉、粮食干燥、许多著名的土特产如红枣、柿饼、葡萄干、金花菜、香菇、笋干等都是干制品,2019,-,11,3. 食品干燥,定义：是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。,2019,-,12,这样的干制食品在室温下一般可达到一年或一年以上 这种方法是从自然界各种现象中认识和从实践中得到的，如稻谷、 麦子、玉米、豆类、水果、蔬菜等。,2019,-,13,4. 食品干藏的历史,是一种最古老的食品保藏方法。 我国北魏（公元395年）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年法国，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年）同时出现。,2019,-,14,5.食品干藏的类型,自然干制 简单易行、因陋就简、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,2019,-,15,在现代食品工业中干燥（或干制）不仅是一种食品加工方法，并已发展成为食品加工中的一种重要保藏方法 在果蔬、肉类、水产、乳品、粮食、淀粉、固体饮料、食品添加剂等各类食品中被大量广泛应用。,2019,-,16,第一节 食品干藏原理,长期以来人们已经知道食品的腐败变质 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，水分含量高低不能准确反应食品腐败变质 的程度或速度。 如： 花生油 M 0.6时 易变质 ，淀粉 M 20 不易变质,2019,-,17,还有一些食品虽然具有相同水分含量，但腐败变质的情况明显不同. 如鲜肉与咸肉、鲜菜与咸菜水分含量相差不多（一般在80%左右），但保藏状况却明显不同， 这就存在一个食品中水能否被微生物、酶或化学反应所利用的问题； 水是否被利用与水在食品中的存在状态有关。,2019,-,18,食品中水分存在的形式,游离水（或自由水）Free water 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（或被束缚水） Immobilized water 是指不易流动、有结合力固定、不易结冰（40），不能作为溶剂；,2019,-,19,游离水和结合水可用水分子的逃逸趋势（逸度）来反映， 我们把食品中水的逸度与纯水的逸度之比称为水分活度 AW（),2019,-,20,1. 水分活度,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%），在食品加工计算中用P/P0代替f/f0计算AW值。,2019,-,21,(1) 计算式,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）。,2019,-,22,当食品与所处环境处于平衡状态时 Aw = P/P0 = ERH （ERH, equilibrium relative humidity 平衡时相对湿度 %） 测定Aw ：水分活度测定仪,2019,-,23,水分活度数值的意义,Aw =1的水就是自由水(或纯水）,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；,2019,-,24,水分活度数值的意义,Aw =1的水就是自由水(或纯水）,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；,2019,-,25,表2-2 常见食品中水分含量与水分活度的关系,0 -10 -20 -50,2019,-,26,显然： 不同食品，其组分不同，水分含量与AW值不一样。 同一种食品，水分含量相同，在不同温度下其AW值也不一样。 结论：AW值由食品的组分和温度共同影响。,2019,-,27,2. 水分活度对食品保藏性的影响,（1）水分活度与微生物生长活动密切相关 （2）水分活度对酶活力有重大影响 （3）水分活度影响食品中化学反应的速度,2019,-,28,大多数新鲜食品的水分活度在0.98以上，适合各种微生物生长（易腐食品）。大多数重要的食品腐败细菌所需的最低aw都在0.9以上，肉毒杆菌在低于0.95就不能生长。只有当水分活度降到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0.7以下物料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,2019,-,29,食品中水分活度与微生物生长关系（表）,2019,-,30,食品中水分活度与微生物生长关系（表）,2019,-,31,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,Aw,Aw0.65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,2019,-,32,0.2,0.4,0.6,0.8,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。Aw0.15才能抑制酶活性 利用降低水分活度的方法抑酶效果很差,（2）水分活度对酶活力的影响,2019,-,33,0.2,0.4,0.6,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氢过氧化物，干扰了它们的分解，于是阻碍了氧化的进行。另外这部分水能同催化氧化的金属离子发生水化作用，从而显著地降低了金属离子的催化效率。当水分低于0.4时，上述作用减弱，氧化速度增加，当水分超过0.4时，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，从而加速了氧化。,（3）水分活度对氧化反应的影响,2019,-,34,0.2,0.4,0.6,0.8,Aw,水分活度对褐变反应的影响,Aw在0.6-0.7左右时，褐变反反应速度最快，低于0.2,高于0.9时反应速度会下降,不同的食品发生非酶褐变所需的Aw不同。,2019,-,35,3 食品中水分含量（M）与 水分活度Aw之间的关系,吸附等温线:食品中水分含量（M）与水分活度之间的关系曲线称为该食品的吸附等温线 (1)水分吸附等温线，BET吸附等温线，S形, 第一转折点前(水分含量 5%),单分子层吸附水( I 单层水分); 第一转折点与第二转折点之间,多分子层吸附水( II多层水分); 第二转折点之后,在食品内部的毛细管内或间隙内凝结的游离水( III自由水或体相水),2019,-,36,（）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,（）自由水或体相水，是食品中结合的最弱，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性截留的水，这种水很易通过干燥除去或易结冰，可作为溶剂，容易被酶和微生物利用，食品容易腐败，通常占95%以上.,（）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，占总水量的极小部分。1%,2019,-,37,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,2019,-,38,(2) 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； 图2-4,2019,-,39,图2-4 不同温度下马铃薯的MSI 相同水分含量，温度增高水分活度增大 相同水分活度，水分含量随温度降低增大。,2019,-,40,（3）不同食品吸附等温曲线形状不同,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 图1-3-1,2019,-,41,2019,-,42,(4) 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水分解吸的过程，为解吸的吸附等温线； 若将脱水后的食品再将这部分水加到食品中去即复水的过程，这就是吸附； 在这两个相反的过程中，吸附和解吸之间的水分吸附等温线两者之间理论上有可能重合，实际不能重合（有差异），形成了滞后圈。 见图下图（ p28 图2-5),2019,-,43,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,解吸和吸附为什么不能重合（滞后）？,2019,-,44,意义,吸附和解吸有滞后圈，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: 即使在最简单的条件下,也难于根据基本原理来预测食品的吸附和解吸等温线,这说明还没有完全了解所有的相互作用机制.,2019,-,45,思考题,1 水分活度的概念 2 食品中水分含量和水分活度有什么关系？说明原因 3 水分活度对微生物、酶及其它反应有什么影响？ 4 食品水分活度受到哪些因素影响? 5 简述吸附和解吸等温线的差异及原因。,2019,-,46,第二节 食品干燥机制,一、干燥机制 二、干制过程的特性 三、影响干制的因素 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 二、干制品的复原性和复水性 三、干制品的贮藏水分含量 四、合理选用干制工艺条件,2019,-,47,一、干制机制,干制是指食品在热空气中受热蒸发后进行脱水的过程 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； 湿热转移（传递） 干燥时食品水分质量转移和热量传递的模型,2019,-,48,一、干制机制,Food H2O,（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有液态转化为气态，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,2019,-,49,1. 导湿性,（1） 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grad M 则为： gradM= lim （ M /n）= M / n n0 M 物体内的湿含量， kg/kg干物质 n物料内等湿面间的垂直距离（m） I 水分减少的方向,n,grad M,I,图 湿度梯度影响下水分的流向,M+ M,M,2019,-,50,导湿性引起的水分转移量可按照下述公式求得： I水= -K0（ M / n ）= -K 0 M（Kg/m2h） 其中： I水 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/ m2h） 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 物料水分（kg/kg干物质） “”负号表示水分转移的方向与水分梯度的方向相反；,2019,-,51,需要注意的一点是：,导湿系数K在干燥过程中并非稳定不变，它随着物料水分含量和温度而异。 K与水分含量的关系见图 K与物料温度的关系见图,2019,-,52,（2）物料水分含量与导湿系数间的关系,A. K值的变化比较复杂。当物料在水分含量高（III区）时，排除的水分基本上为自由水，以液体状态转移，导湿系数稳定不变（ED段）；到II区时，排除的水分基本上是渗透水分时，水分以液体状态和以蒸汽状态转移，导湿系数下降（DC段）；在I区再进一步排除的水分则为吸附水分，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。因结合力强，故K先上升后下降（CA段）,导湿系数K（m/h）,物料水分M（kg/kg干物质）,A,C,D,E,物料水分含量和导湿系数间的关系 吸附水分（单、多层水） 渗透水分 毛细管水分,2019,-,53,B. 导湿系数与物料温度的关系,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，以增大导湿系数，就能显著地加速干制过程。 为此，常在饱和湿空气中加热，以免物料表面水分蒸发形成硬膜，而影响水分转移,导湿系数（K102）,K102=(T/290)14,温度（）,图 硅酸盐类物质温度和 导湿系数的关系,2019,-,54,2. 导湿温性,干燥时，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。这种现象称为导湿温性。,2019,-,55,若用T 表示等温面温度 （），则沿法线方向相距 n的另一等温面上的温度为 T +T ， 那么物体内的温度梯度grad T 则为： grad T = lim （ T /n） n0 = T / n,T,T+T,T / n,I,内,表面,图 温度梯度下水分的流向,n,（1）温度梯度,I 水分流动的方向,2019,-,56,高温将促使液体粘度和它的表面张力下降，但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。 导湿温性成为阻碍因素,2019,-,57,导湿温性引起水分转移的流量和温度梯度成正比，它的流量可通过下式计算求得： I温= -K0（ 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/ m2h） 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 ） (大写) 湿物料的导湿温系数（1/) “ ”表示水分转移和温度梯度方向相反；,2019,-,58,（2）湿物料的导湿温系数 就是温度梯度为1/m时物料内部能建立的水分梯度，数学式为：, M T = - n n 导湿温系数和导湿系数一样，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图,导湿温系数（1/）,O,A,B,物料水分M（%）,2019,-,59,在水分含量高的时候， 自由水是以液体状态流动，因而导湿温性不以物料水分含量而发生变化（曲线） ，但因受物料内挤压空气的影响导致湿温性下降（曲线） 在水分含量达到B点后， 是随着M的减少而变小； （I） 逐渐减小，物料是以气态扩散，主要是吸附水分 （2） 最高值是吸附水和自由水分的分界点,2019,-,60,3. 干制水分总量 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 两者方向相反时： I总=I湿 I温,2019,-,61,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），水分扩散则受阻。 如：烤面包的初期 湿面团在烤箱180220 ，建立温度梯度，面包水分含量约40%,2019,-,62,二、 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,2019,-,63,（1）水分含量曲线 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甚至上升后（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,（3）食品温度曲线 初期食品温度上升，直到最高值湿球温度，整个恒率干燥阶段温度不变，即加热转化为水分蒸发所吸收的潜热（热量全部用于水分蒸发） 在降率干燥阶段，温度上升直到干球温度，说明水分的转移来不及供水分蒸发，则食品温度逐渐上升。,（2）干燥速率曲线 食品被加热，水分被蒸发加快，干燥速率上升，随着热量的传递，干燥速率很快达到最高值；是食品初期加热阶段； 然后稳定不变，为恒率干燥阶段，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，也就是说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，是第一干燥阶段； 到第一临界水分时，干燥速率减慢，降率干燥阶段，说明食品内部水分转移速率小于食品表面水分蒸发速率； 干燥速率下降是由食品内部水分转移速率决定的 当达到平衡水分时，干燥就停止。,2019,-,64,2.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）,2019,-,65,（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； 干燥推动力是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，温度恒定；,2019,-,66,（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；,2019,-,67,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，则恒率阶段可以延长；如内部水分迁移小于表面扩散，则恒率阶段就不存在； 如水分含量7590%的苹果，有恒率和降率阶段；若水分9%的花生米，干制时，仅经历降率阶段；,2019,-,68,注意,以上我们讲的都是以空气为介质通过加热来干燥。若是采用其它加热方式，如没有热量传递过程，则干燥速率曲线将会变化。,2019,-,69,三、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，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。,2019,-,70,1.干制条件的影响,在人工控制条件下或干燥机中干燥； 食品的干燥希望干燥得快，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）的影响的条件主要有空气温度、流速、相对湿度和气压,2019,-,71,（1）温度,对于空气作为干燥介质,提高空气温度,在恒速期干燥速度加快，在降速期也会增加； 原因： 温度提高,传热介质与食品间温差越大,热量向食品传递的速率越大； 水分受热导致产生更高的汽化速率； 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的动力更大. 水分子在高温下,迁移或扩散速率也加快,使内部干燥加速. 但温度过高会引起食品发生不必要的化学和物理反应；,2019,-,72,（2） 空气流速,干燥空气吹过食品表面的速度影响水分从表面向空气扩散的速度，因为食品内水分以水蒸汽的形式外逸时,将在其表面形成 饱和水蒸汽层,若不及时排除掉,将阻碍食品内水分进一步外逸.从而降低水分的蒸发速度. 因此空气流速加快，食品在恒速期的干燥速率也加速； 原因：空气流速增加，水分扩散加快（对流质量传递速率加快），能及时将聚集在食品表面附近的饱和湿空气带走，以免阻止食品内水分进一步蒸发； 食品表面接触的空气量增加，会显著加速食品表面水分的蒸发。 空气流速增加对降率期没有影响，因为此时干燥受内部水分迁移或扩散所限制；,2019,-,73,（3） 空气相对湿度,食品表面和干燥空气之间的水蒸汽压差代表了外部质量传递的推动力，空气的相对湿度增加则会减小推动力，饱和的湿空气不能在进一步吸收来自食品的蒸发水分。 空气相对湿度越低，食品恒速期的干燥速率也越快；对降速期没有影响； 空气的相对湿度也决定食品的干燥后的平衡水分，食品的水分始终要和周围空气的湿度处于平衡状态；可通过干制的解吸等温线来预测；当食品和空气达到平衡，干燥就停止。,2019,-,74,（4）大气压力和真空度,大气压力影响水的平衡，因而能够影响干燥，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，则沸腾愈加速。 但是，若干制由内部水分转移限制 ，则真空干燥对降率期的干燥速率影响不大。 适合热敏物料的干燥,2019,-,75,操作条件对于干燥速率的影响,2019,-,76,2 食品性质的影响,（1） 表面积 水分子从食品内部行走的距离决定了食品被干燥的快慢。 小颗粒，薄片，表面大，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。 例如：芹菜的纤维结构，沿着长度方向比横穿细胞结构的方向干燥要快得多。在肉类蛋白质纤维结构中，也存在类似行为。,2019,-,77,（3） 细胞结构 在大多数食品中，细胞内含有部分水，剩余水在细胞外，细胞外水分比细胞内的水更容易除去； 当细胞被破碎时，有利于干燥，但需注意，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，与水相互作用，结合力大，水分活度低，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； 这些物质通常会降低水分迁移速度和减慢干燥速率,2019,-,78,第三节 干制对食品品质的影响,食品品质主要有营养价值、感观性质、安全指标等,2019,-,79,一. 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 热塑性 加热时会软化的物料如糖浆或果浆，冷却后变硬或脆 溶质的迁移 有时表面结晶析出,脱水干燥过程中胡萝卜丁形态的变化,2019,-,80,2 化学变化,（1）营养成分 蛋白质 受热易变性，一般较稳定，但高温长时间，会分解或降解 碳水化合物 大分子稳定，小分子如低聚糖、单糖受高温易焦化、褐变， 脂肪 高温脱水时脂肪氧化比低温时严重 维生素 水溶性易被破坏和损失 ，如VC 、硫胺素、胡萝卜素、 VD ； B6、烟碱酸较稳定，损失少；,2019,-,81,（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、其他。,2019,-,82,（3）风味 引起水分除去的物理作用力，也会引起一些挥发物质的去除 受热会引起化学变化，带来一些异味、煮熟味、硫味 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,2019,-,83,二. 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。 1. 干制品的复原性:是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,2019,-,84,2 .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=G复/G干 G复 干制品复水后沥干重， G干 干制品试样重 复重系数：K复= G复/ G原 G原 干制前相应原料重 干燥比：R干=G原/G干 反映了食品脱水的程度 综上,复重系数还可用下式计算：K复= R复/ R干,2019,-,85,2019,-,86,三. 干制品的贮藏水分含量,干制品的耐贮藏性主要取决于干燥后的水分活度； 由于食品成分和性质不同，达到贮藏要求的水分活度时的相应水分含量各不相同； 见书P4849 ，表2-8和表2-9,2019,-,87,2019,-,88,2019,-,89,四、合理选用干制工艺条件,食品干制工艺条件主要由干燥速率、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，却决定于空气温度、相对湿度和流速等主要参数,2019,-,90,1 最适宜的干制工艺条件,使干制时间最短； 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,2019,-,91,2. 选用合理干制工艺条件的原则：,（1）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。 在导热性较小的食品中，若水分蒸发速率大于食品内部的水分扩散速率，则表面会迅速干燥，表层温度升高到介质温度，建立温度梯度，更不利于内部水分向外扩散，而形成干硬膜，如温度高会焦化。 办法：需降低空气温度和流速，提高空气相对湿度； 降低温度有利于减小温度梯度；提高空气相对湿度可控制表面水分的蒸发，防止干裂；,2019,-,92,（2）恒率干燥阶段，食品物料表面温度不会高于湿球温度，此时所提供的热量主要用于水分的蒸发，物料表面温度就是湿球温度。 为了加速蒸发，在保证食品表面的蒸发速率不超过食品内部的水分扩散速率的原则下，允许尽可能提高空气温度。,2019,-,93,（3）在开始降率干燥阶段时，应设法降低表面水分蒸发速率，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。 办法：降低干燥介质的温度，务使食品温度上升到干球温度时不致超出导致品质变化（如糖分焦化）的极限温度（一般为90） 一般还可降低空气的流速，提高空气的相对湿度（如加入新鲜空气）进行控制。,2019,-,94,（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指标来加以选用。 干燥结束时食品中水分含量大小是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；,2019,-,95,思考题,1. 什么是导湿性和导湿温性？简述食品干燥机制 2. 简述干制过程中食品水分含量、干燥速率和 食品温度的变化，画出曲线图。 3. 如果想要缩短干燥时间，该如何控制干燥过 程？ 4. 在北方生产的紫菜片，运到南方，出现霉变，是什么原因，如何控制？,2019,-,96,思考题,5.干制条件主要有哪些？它们如何影响湿热传递过程的？（如果要加快干燥速率，如何控制干制条件） 6.影响干燥速率的食品性质有哪些？它们如何影响干燥速率？ 7.食品在干制过程中有那些变化? 8.食品的复水性和复原性概念,2019,-,97,第四节 食品干制方法,自然干制 在自然环境条件下干制食品的方法，如晒干、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的方法，有专用的干燥设备（空气对流干燥、真空干燥、滚筒干燥等）,2019,-,98,食品人工干燥方法,箱式干燥,带式干燥,滚筒干燥,流化床干燥,冷冻干燥,喷雾干燥,微波干燥,真空干燥,2019,-,99,一、空气对流干燥,2,流动的热空气不断和食品密切接触并提供蒸发水分所需的热量，有时还为载料盘或输送带增添补充加热装置,2019,-,100,1. 柜（厢）式干燥设备,基本结构,2019,-,101,一种柜式干燥机,1. 柜式干燥设备,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：果蔬或价格较高的食品；作为中试设备，摸索干制特性，确定大规模工业化生产数据,2019,-,102,2. 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,2019,-,103,一些基本名称或概念：,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,2019,-,104,2. 隧道式干燥设备,2019,-,105,(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,2019,-,106,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,2019,-,107,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。,2019,-,108,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。,2019,-,109,（2）顺流隧道式干燥设备,基本结构 湿端即热端， 冷端即干端,2019,-,110,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。 C.容易形成干硬膜,导致 产品开裂,产品复水性增加.国外报道只用于干制葡萄,2019,-,111,两种干燥设备干燥曲线的比较,2019,-,112,（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,2019,-,113,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。,2019,-,114,3. 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,2019,-,115,（2）双带式干燥,2019,-,116,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93127 ，区段2，71104 ；第二阶段，5482 ；有利于制成品质优良的产品； 占面积大，但投资成本较低；,2019,-,117,4. 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,2019,-,118,2019,-,119,关键是稳定而均匀加料，加料器结构,2019,-,120,旋风分离器的工作原理 将粉末与空气分离,2019,-,121,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121190 ） ; 干燥时间短, ， 0.55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,2019,-,122,5. 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）,2019,-,123,卧式多室流化床干燥器,喷动流化床干燥器,2019,-,124,振动流化床干燥器,2019,-,125,6. 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。,2019,-,126,（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100-300m，其生产能力和液滴大小通过食品流体的压力来控制。,2019,-,127,2019,-,128,压力喷雾干燥器,2019,-,129,2019,-,130,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10-500m。,2019,-,131,离心喷雾干燥,2019,-,132,各种离心盘,2019,-,133,两种离心盘,2019,-,134,GPL系列高速离心式喷雾干燥机,2019,-,135,LPG-200离心式,2019,-,136,二流体喷雾干燥造粒塔,2019,-,137,离心盘雾化法,2019,-,138,三类雾化器的特点,2019,-,139,（2） 空气加热系统,蒸汽加热 电加热 温度150300 食品体系一般在200 左右,2019,-,140,喷雾干燥物料与空气流动方式,2019,-,141,（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5100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；,2019,-,142,2019,-,143,（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；,2019,-,144,2019,-,145,（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,2019,-,146,（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,2019,-,147,（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,2019,-,148,2019,-,149,二、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,2019,-,150,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,2019,-,151,双滚筒干燥设备系统示意图 见P65,2019,-,152,滚筒干燥,2019,-,153,3. 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,2019,-,154,三、 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,2019,-,155,2. 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,2019,-,156,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,2019,-,157,连续式输送带式真空干燥设备,2019,-,158,2019,-,159,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P68,2019,-,160,真空滚筒干燥,2019,-,161,3. 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,2019,-,162,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;,2019,-,163,四、冷冻干燥,利用冰晶升华原理,2019,-,164,冷冻干燥的概念,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。,2019,-,165,冻干后的产品结构,2019,-,166,冷冻干燥的历史,它是一门古老的现代技术：诞生早、技术含量高 1811年诞生，用于生物体的脱水。 1813年：真空低温条件下，水容易汽化。 1909年：用于保存菌种、病毒和血清。 1911年：冻干比其他方法干燥活菌数高。 1935年：首次在真空冻干过程中采用主动加热方法强化升华干燥，时间短。 1940年：冻干人血浆开始进入市场。 1942年：用于医药工业（血液制品和抗生素）。 1943年：最原始的真空冻干燥食品设备出现在丹麦。,2019,-,167,1. 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,2019,-,168,2019,-,169,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。,2019,-,170,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,2019,-,171,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155Pa。,2019,-,172,2. 食品的冻结,2019,-,173,（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 ,2019,-,174,（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；,2019,-,175,（3）常见的冻结方法,自冻法就是利用物料表面水分蒸