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——工藝原理部分,食品工藝學(xué),生存,,第十章 食品的脫水加工,目 錄,,食品干制方法,干制前的預(yù)處理,干制過(guò)程中的主要變化,干制的基本原理,干燥保藏的基本原理,,干制品的貯藏與復(fù)水,概 述,,,,,第一節(jié) 干燥保藏的基本原理,圖4.1 微生物對(duì)物理滅菌的敏感性與水分活度的關(guān)系,圖4.2 AW與食品中各種反應(yīng)速度間的關(guān)系 ①－脂肪氧化作用；②－非酶褐變；③－水解反應(yīng)；④－酶活力；⑤霉菌生長(zhǎng)；⑥－酵母生長(zhǎng)；⑦－細(xì)菌生長(zhǎng),各種新鮮食品和脫水干制食品的容積/m3·t-1,思考題,北方生產(chǎn)的紫菜片，運(yùn)到南方，出現(xiàn)霉變，為什么？如何控制？,第二節(jié) 干制的基本原理,干制 過(guò)程,干制過(guò)程的 濕熱傳遞,濕物料與 含濕氣體,物料與空氣 的濕熱平衡,影響濕熱傳遞的因素,濕物料與含濕氣體,（一）濕物料的狀態(tài)與物理性質(zhì) 1. 濕物料的狀態(tài)與水分含量 2.濕物料的水分活性與吸附等溫線 3.濕物料的熱物理性質(zhì)(比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、溫度傳導(dǎo)系數(shù)） （二）含濕氣體,濕物料的水分活性與吸附等溫線,食品水分含量（M）與AW的關(guān)系（水分吸附等溫線；溫度與水分吸附等溫線；水分吸附等溫線的應(yīng)用）,典型食品物料吸附等溫線,馬鈴薯的等溫吸附線 1-20℃ 2-40℃ 3-60℃ 4-80℃ 5-100℃,常見(jiàn)食品中水分含量與水分活度的關(guān)系,物料與空氣間的濕熱平衡,（一）吸附與解吸等溫線 p物＜p蒸 吸附作用 p物＞p蒸 解吸作用 p物＝p蒸 動(dòng)力學(xué)平衡 （二）平衡濕度與吸附濕度,雞肉不同溫度下的吸附與解吸等溫線 ——吸附等溫線 ……解吸等溫線,,影響濕熱傳遞的重要因素,1.食品物料的組成與結(jié)構(gòu) （1）食品成分在物料中的位置 （2）溶質(zhì)濃度 （3）結(jié)合水的狀態(tài) （4）細(xì)胞結(jié)構(gòu),2.物料的表面積 3.空氣濕度 4.空氣溫度 5.空氣流速 6.大氣壓力或真空度 7.物料干燥溫度,食品干制過(guò)程的濕熱傳遞,（一）干燥過(guò)程物料水分的變化 （二）干制過(guò)程特性 （1）干燥曲線 第一臨界水分、平衡水分 （2）干燥速率曲線 恒率干燥、降率干燥 （3）食品溫度曲線 濕球溫度、干球溫度 干制過(guò)程中，濕物料內(nèi)部同時(shí)有水分梯度和溫度梯度存在，水分流動(dòng)的方向由導(dǎo)濕性和導(dǎo)濕溫性共同作用。 （三）干燥機(jī)制,干燥機(jī)制,,溫度梯度 表面水分?jǐn)U散到空氣中 T T-ΔT 內(nèi)部水分轉(zhuǎn)移到表面 M-ΔM Food H2O M 水分梯度 導(dǎo)濕性：水分?jǐn)U散一般總是從高水分處向低水分處擴(kuò)散，即從內(nèi)部不斷向表面的水分遷移現(xiàn)象。 導(dǎo)濕溫性：溫度梯度將促使水分從高溫向低溫處轉(zhuǎn)移。,1. 導(dǎo)濕性-1,水分梯度 若用W絕 表示等濕面濕含量或水分含量（kg/kg干物質(zhì)），則沿法線方向相距Δn的另一等濕面上的濕含量為W絕+Δ W絕 ，那么物體內(nèi)的水分梯度grad W絕 則為： grad W絕= lim （ Δ W絕 /Δn）= W絕/ n Δn 0 W絕—— 物體內(nèi)的濕含量，即每千克干物質(zhì)內(nèi)的水分含量（千克） Δn—— 物料內(nèi)等濕面間的垂直距離（米）,,,,,,,,,Δn,,,,,grad W絕,I,圖 濕度梯度影響下水分的流向,W絕+Δ W絕,W絕,1. 導(dǎo)濕性-2,導(dǎo)濕性引起的水分轉(zhuǎn)移量可按照下述公式求得： i水= -Kγ0（ W絕/ n）= -Kγ0 W絕千克/米2·小時(shí) 其中： i水—— 物料內(nèi)水分轉(zhuǎn)移量，單位時(shí)間內(nèi)單位面積 上的水分轉(zhuǎn)移量（kg/kg干物質(zhì)·米2·小時(shí)） K—— 導(dǎo)濕系數(shù)（米2·小時(shí)） γ0 —— 單位潮濕物料容積內(nèi)絕對(duì)干物質(zhì)重量 （kg干物質(zhì)/米2 ） W絕—— 物料水分（kg/kg干物質(zhì)） 水分轉(zhuǎn)移的方向與水分梯度的方向相反，所以式中帶負(fù)號(hào)。 注意：導(dǎo)濕系數(shù)在干燥過(guò)程中并非穩(wěn)定不變的，它隨著物料溫度和水分而異。,,,物料水分與導(dǎo)濕系數(shù)間的關(guān)系,恒率干燥階段，排除的水分基本上為滲透水分，以液體狀態(tài)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)濕系數(shù)穩(wěn)定不變（DE段）；再進(jìn)一步排除毛細(xì)管水分時(shí)，水分以蒸汽狀態(tài)或以液體狀態(tài)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)濕系數(shù)下降（CD段）；進(jìn)一步為吸附水分，基本上以蒸汽狀態(tài)擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，先為多分子層水分，后為單分子層水分。,,,,,,導(dǎo)濕系數(shù)K（m2/h）,物料水分W絕（kg/kg絕干物質(zhì)）,A,C,D,E,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,圖物料水分和導(dǎo)濕系數(shù)間的關(guān)系 Ⅰ— 吸附水分 Ⅱ— 毛細(xì)管水分Ⅲ— 滲透水分,導(dǎo)濕系數(shù)與溫度的關(guān)系,啟示： 若將導(dǎo)濕性小的物料在干制前加以預(yù)熱，就能顯著地加速干制過(guò)程。 因此可以將物料在飽和濕空氣中加熱，以免水分蒸發(fā)，同時(shí)可以增大導(dǎo)濕系數(shù)，以加速水分轉(zhuǎn)移。,,,導(dǎo)濕系數(shù)（K×102）,K×102=(T/290)14,溫度（℃）,圖 硅酸鹽類(lèi)物質(zhì)溫度和 導(dǎo)濕系數(shù)的關(guān)系,2. 導(dǎo)濕溫性,導(dǎo)濕溫性是在許多因素影響下產(chǎn)生的復(fù)雜現(xiàn)象。 高溫將促使液體粘度和它的表面張力下降，但將促使蒸汽壓上升，而且毛細(xì)管內(nèi)水分還將受到擠壓空氣擴(kuò)張的影響。結(jié)果是毛細(xì)管內(nèi)水分將順著熱流方向轉(zhuǎn)移。,,,,T,T+ΔT,,,T/ n,,,i,內(nèi),表面,圖 溫度梯度下水分的流向,,,,,n,導(dǎo)濕溫性引起水分轉(zhuǎn)移的流量將和溫度梯度成正比。,它的流量可通過(guò)下式計(jì)算求得： i溫= -Kγ0δ（ T/ n） 其中： i溫—— 物料內(nèi)水分轉(zhuǎn)移量，單位時(shí)間內(nèi)單位面積 上的水分轉(zhuǎn)移量（kg/kg干物質(zhì)·米2·小時(shí)） K—— 導(dǎo)濕系數(shù)（米2·小時(shí)） γ0 —— 單位潮濕物料容積內(nèi)絕對(duì)干物質(zhì)重量 （kg干物質(zhì)/米2 ） δ—— 濕物料的導(dǎo)濕溫系數(shù)（1/℃，或kg/kg干物質(zhì)×℃）,,,導(dǎo)濕溫系數(shù)就是溫度梯度為1℃/米時(shí)物料內(nèi)部能建立的水分梯度，即,W T δ= - n n 導(dǎo)濕溫性和導(dǎo)濕性一樣，會(huì)因物料水分的差異（即物料和水分結(jié)合狀態(tài)）而異。,,,,,,,,,,,,,導(dǎo)濕溫性δ（1/℃）,O,A,B,物料水分W（%）,Ⅱ,Ⅰ,以上我們講的都是熱空氣為加熱介質(zhì)。若是采用其它加熱方式，則干燥速率曲線將會(huì)變化。,思考題,第三節(jié) 食品在干制過(guò)程中的主要變化,一、物理變化 溶質(zhì)遷移 干縮 表面硬化 多孔性 熱塑性,脫水干燥過(guò)程中胡蘿卜丁形態(tài)的變化,二、化學(xué)變化,營(yíng)養(yǎng)成分的損害 蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、維生素 色素 隨物料本身的物化性質(zhì)改變 天然色素：類(lèi)胡蘿卜素、花青素、葉綠素 褐變 風(fēng)味 熱帶來(lái)一些異味、煮熟味 防止風(fēng)味損失方法：芳香物質(zhì)回收、低溫干燥、加包埋物,,,第五節(jié) 食品干制方法,自然干制 在自然環(huán)境條件下干制食品的方法，如曬干、風(fēng)干、陰干,人工干制 在常壓或減壓環(huán)境中，用人工控制的工藝條件進(jìn)行干制食品的方法，有專(zhuān)用的干燥設(shè)備（空氣對(duì)流干燥、真空干燥、滾筒干燥等）,,,,,食品人工干燥方法,,,,,,,,,箱式干燥,帶式干燥,滾筒干燥,流化床干燥,冷凍干燥,噴霧干燥,微波干燥,真空干燥,一、空氣對(duì)流干燥,,,,,,,,,,,,,2,流動(dòng)的熱空氣不斷和食品密切接觸并提供蒸發(fā)水分所需的熱量，有時(shí)還為載料盤(pán)或輸送帶增添補(bǔ)充加熱裝置,,,,,,,1. 柜式干燥設(shè)備,特點(diǎn)：間歇型，小批量、設(shè)備容量小、操作費(fèi)用高 操作條件：空氣溫度94℃，空氣流速2-4m/s 適用對(duì)象：果蔬或價(jià)格較高的食品；作為中試設(shè)備，摸索干制特性，確定大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)數(shù)據(jù),一種柜式干燥機(jī),2. 隧道式干燥設(shè)備,（1）逆流式隧道干燥 （2）順流隧道式干燥 （3）雙階段干燥,注 意,逆流干燥濕物料載量不宜過(guò)多，因?yàn)榈蜏馗邼竦目諝庵?，濕物料水分蒸發(fā)慢，物料易腐敗或菌污染程度過(guò)大，有腐敗可能。 順流干燥國(guó)外報(bào)道只用于干制葡萄。 雙階段干燥：取長(zhǎng)補(bǔ)短。干燥比較均勻，生產(chǎn)能力高，品質(zhì)較好；用于蘋(píng)果片、蔬菜（胡蘿卜、洋蔥、馬鈴薯等）；還有多段式干燥設(shè)備（3，4，5段等）,3. 輸送帶式干燥,操作連續(xù)化 自動(dòng)化 生產(chǎn)能力大,4. 氣流干燥,用氣流來(lái)輸送物料使粉狀或顆粒食品在熱空氣中干燥 適于水分低于35%~40%的物料，例糯米粉、馬鈴薯顆粒,5. 流化床干燥,使顆粒食品在干燥床上呈流化狀態(tài)或緩慢沸騰狀態(tài)（與液態(tài)相似）。 適用對(duì)象：粉態(tài)食品（固體飲料，造粒后二段干燥）,6. 倉(cāng)貯干燥,適于干制已經(jīng)用其他干燥方法去除大部分水分而尚有部分殘余水分需要繼續(xù)清除的未干透的制品，如將蔬菜半干品水分從10-15%降到3-6% 優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)，無(wú)熱損害。,7.泡沫干燥,工作原理：將液態(tài)或漿質(zhì)態(tài)物料首先制成穩(wěn)定的泡沫料，然后在常壓下用熱空氣干燥。 造泡的方法：機(jī)械攪拌，加泡沫穩(wěn)定劑，加發(fā)泡劑 特點(diǎn)：接觸面大，干燥初期水分蒸發(fā)快，可選用溫度較低的干燥工藝條件 適用對(duì)象：水果粉，易發(fā)泡的食品。,8. 噴霧干燥,過(guò)程：將液態(tài)或漿質(zhì)態(tài)的食品噴成霧狀液滴，懸浮在熱空氣氣流中進(jìn)行脫水干燥 目前國(guó)內(nèi)外廣泛用于食品工業(yè)中奶粉、奶油粉、乳清粉、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡、速溶茶等。,,噴霧干燥器的裝置組成： 料液→料液供送噴霧系統(tǒng)→液滴 ↓ 新鮮空氣→空氣加熱輸送系統(tǒng)→熱空氣→氣液接觸干燥系統(tǒng)→制品分離氣體凈化系統(tǒng)→廢氣 ↓ 干制品 設(shè)備主要由霧化系統(tǒng)、空氣加熱系統(tǒng)、干燥室、空氣粉末分離系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)等主要部分組成。 決定噴霧干燥裝置特征的主要是料液噴霧系統(tǒng)中的噴霧器和氣液接觸系統(tǒng)的干燥室,噴霧干燥物料與空氣流動(dòng)方式,常用的噴霧系統(tǒng),壓力噴霧：液體在高壓下（700-1000kPa）下送入噴霧頭內(nèi)以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式經(jīng)噴嘴孔向外噴成霧狀，一般這種液滴顆粒大小約100-300μm，生產(chǎn)能力和液滴大小通過(guò)食品流體的壓力控制。 離心噴霧：液體被泵入高速旋轉(zhuǎn)盤(pán)中（5000-20000rpm），在離心力作用下經(jīng)圓盤(pán)周?chē)目籽弁庖莶⒈环稚⒊?0-500μm霧狀液滴。,壓力噴霧干燥器,,,D系列壓力噴霧干燥器,離心噴霧干燥,,各種離心盤(pán),兩種離心盤(pán),,,GPL系列高速離心式噴霧干燥機(jī),LPG-200離心式,二流體噴霧干燥造粒塔,離心盤(pán)霧化法,離心噴霧與壓力噴霧,結(jié)構(gòu)不同，離心噴霧不用高壓也可獲得很大的速度，溶液進(jìn)入旋轉(zhuǎn)盤(pán)獲得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因離心力作用成薄膜狀，速度不斷增長(zhǎng)，向盤(pán)邊緣移動(dòng)而噴出微細(xì)的霧滴。 優(yōu)良的離心盤(pán)要求潤(rùn)濕周邊長(zhǎng)，使溶液達(dá)到高轉(zhuǎn)速，噴霧均勻。離心盤(pán)本身結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、質(zhì)輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)死角、易拆洗、有較大的生產(chǎn)率。 目前在工業(yè)生產(chǎn)上，采用離心盤(pán)的式樣很多。對(duì)于光滑盤(pán)（碟碗式、帽式），有較大的潤(rùn)濕周邊，使溶液形成扁平薄膜，利于霧化，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是表面平滑，溶液在轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)產(chǎn)生較大的滑動(dòng)，不能得到較高噴霧速度。,二、滾筒干燥,,,三、真空干燥,基本結(jié)構(gòu)：干燥箱、真空系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、冷凝水收集 特點(diǎn)：物料疏松多孔狀，能速溶。有時(shí)可使物料膨化。 適用于：水果片、顆粒、粉末，如麥乳精,,四、冷凍干燥,冷凍干燥的概念 冷凍干燥特點(diǎn) 冷凍干燥的歷史 凍干過(guò)程：預(yù)凍、主凍干、后凍干 凍干機(jī)的組成 基本凍干方法,冷凍干燥的概念,把含有大量水分的物質(zhì)預(yù)先進(jìn)行降溫凍結(jié)成固體，然后在真空條件下使水蒸汽直接升華，物質(zhì)本身剩留在凍結(jié)時(shí)的冰架中，干燥后體積不變，疏松多孔。,凍干后的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),冷凍干燥的歷史,它是一門(mén)古老的現(xiàn)代技術(shù)：誕生早。 1811年誕生，用于生物體的脫水。 1813年：真空低溫條件下，水容易汽化。 1909年：用于保存菌種、病毒和血清。 1911年：凍干比其他方法干燥活菌數(shù)高。 1935年：首次在真空凍干過(guò)程中采用主動(dòng)加熱方法強(qiáng)化升華干燥，時(shí)間短。 1940年：凍干人血漿開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。 1942年：用于醫(yī)藥工業(yè)（血液制品和抗生素）。 1943年：最原始的真空凍干燥食品設(shè)備出現(xiàn)在丹麥。,凍干過(guò)程,冷凍干燥過(guò)程包含三個(gè)步驟： 預(yù)凍：為升華過(guò)程準(zhǔn)備樣品，將產(chǎn)品凍到凝固點(diǎn)以下10-20℃；主凍干，冰升華而不融化；后凍干，鍵和于固體物質(zhì)的殘留水分被除去，從而留下干燥樣品。,凍干機(jī)的組成,按系統(tǒng)分致冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、和控制系統(tǒng)四個(gè)主要部分；按結(jié)構(gòu)分凍干腔體、冷凝器或稱(chēng)冷阱、壓縮機(jī)、真空泵和閥門(mén)、電氣控制元件等。如圖是凍干機(jī)組成示意圖。,基本凍干方法-1,方法A :在冷阱中的有溫度控制的擱板上進(jìn)行凍干（單腔）,基本凍干方法-2,方法B ：在冷阱外的有溫度控制的擱板上分別進(jìn)行凍干（雙腔）,基本凍干方法-3,方法C ：在多岐管中進(jìn)行凍干（雙腔）,基本凍干方法-4,基本凍干方法-5,基本凍干方法-6,基本凍干方法-7,基本凍干方法-8,五、微波干燥,,微波常用材料,微波常用到材料分為導(dǎo)體、絕緣體、介質(zhì)、磁性化合物 （1）導(dǎo)體像銅、銀、鋁等金屬能反射微波，微波系統(tǒng)中常用的傳輸裝置—波導(dǎo)管（由鋁或黃銅制成）。 （2）絕緣體可以穿透并部分反射微波，吸收微波功能較小，微波系統(tǒng)中使用玻璃、陶瓷云母、聚四氟乙烯、聚丙烯等作絕緣體。 （3）介質(zhì)介于金屬和絕緣體之間，具有吸收、穿透和反射性能，被處理的物料通常是不同程度吸收微波能的介質(zhì)，吸收微波，并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃俊?（4）磁性化合物性能像介質(zhì)材料，反射、吸收和穿透微波。,微波干燥器漏波示意圖,,思考題,第六節(jié) 干制品的貯藏和復(fù)水,干制 品,包裝貯運(yùn),終水分,貯期變化,包裝貯運(yùn)前預(yù)處理,干制品終水分,（一）糧谷類(lèi)和豆類(lèi)（AW0.60～0.80） （二）魚(yú)干、肉干類(lèi)（AW低于0.75） （三）乳制品,（四）脫水蔬菜（AW0.10～0.35） （五）脫水水果（ AW0.65～0.60） （六）中濕食品（AW0.60～0.90）,,干制品包裝儲(chǔ)運(yùn)前的預(yù)處理,均濕 分級(jí)除雜 除蟲(chóng) 壓塊 復(fù)原性和復(fù)水性處理,,干制品的復(fù)原性和復(fù)水性,干制品復(fù)水后恢復(fù)原來(lái)新鮮狀態(tài)的程度是衡量干制品品質(zhì)的重要指標(biāo)。 復(fù)原性：干制品重新吸收水分后在重量、大小和性狀、質(zhì)地、顏色、風(fēng)味、結(jié)構(gòu)、成分以及可見(jiàn)因素（感官評(píng)定）等各方面恢復(fù)原來(lái)新鮮狀態(tài)的程度 復(fù)水性：新鮮食品干制后重新吸回水分的程度，用干制品吸水增重程度表示。復(fù)水比、復(fù)重系數(shù),包裝貯運(yùn),干制品的包裝要防止干制品的吸濕回潮；透氣率低，防止氧化、串味和蟲(chóng)、鼠侵害。 干制品應(yīng)在干燥、避光和低溫的條件下貯藏運(yùn)輸。,