第三章脱水技术原理与食品干 ppt课件

第三章脱水技术原理与食品干制第一节水分活度与食品质量控制一、水分活度与微生物控制（一）水分活度与微生物的关系1、水分活度（Aw）是指某种食品体系中，内部水蒸气压与同温度下纯水蒸气压之比，即Aw=P/P0Aw值在0～1之间。水分活度反映了食品中的游离水分或有效水分的多少，两种食品的绝对水分可以相同，水分与食品结合的程度或游离的程度并不一定相同，水分活度也就不同。虽然水分活度并不是食品的绝对水分，却常用于衡量微生物忍受干燥程度的能力。各种微生物都有它自己生长最旺盛的适宜水分活度和最低水分活度。微生物适宜水分活度和最低水分活度取决于微生物的种类、食品种类、温度、pH值、氧气等等。水分活度下降，它们的生长速率也下降，当水分活度下降到微生物保持生长所需的最低Aw后，微生物就停止生长。各种微生物保持生长所需的最低Aw各不相同。大多数最重要的食品腐败细菌所需的最低Aw值都在0.90以上。大多数新鲜食品Aw≥0.99，各种微生物的生长都适宜；　Aw=0.8-0.85大多数腐败细菌不能生长,常见腐败菌是霉菌，酵母Aw=0.75　食品腐败显著减慢，霉菌Aw=0.65　可使食品贮藏期1.5-2年所以，一般以为，如在室温下贮藏食品，水分活度应降低到0.70，在此水分活度，霉菌等仍会缓慢的生长，故干制品极易长霉。（二）水分活度与微生物耐热性的关系微生物的耐热性与其所处环境的水分活度有一定的关系。如将嗜热脂肪芽孢杆菌的冻结干燥芽孢放在不同的相对湿度下的空气中加热，可以观察到：-芽孢的耐热性以水分活度在0.2-0.4之间为最高，-在0.8-0.4范围内，随着水分活度降低，其耐热性将逐渐增强。-但在水分活度为1.0-0.8范围内，其耐热性随水分活度减小而降低，其原因尚不清楚。霉菌孢子的耐热性随水分活度的降低而呈增强趋势。这一事实说明食品的加热干制过程中，食品及其所污染的微生物均同时脱水，干制后，微生物就长期处于休眠状态，干制并不能将微生物全部杀死，只能抑制它们的活动。因此，干制品并非无菌，环境条件一旦适宜，微生物又会重新吸湿引起食品的腐败变质。☞实验明，酶要起作用，必须高于某个水分活度才行。也即每种酶都存在一个最小水分活度，比如多酚氧化酶要引起儿茶酚的褐变，反应体系的最小水分活度为0.25，如果水分活度低于0.25，褐变反应就不会发生。☞食品中的酶促反应除了与整个食品体系的水分活度有关外，还与局部的水分子存在状态有关。比如，在面团糊与淀粉酶的混合体系中，尽管在水分活度小于0.70时淀粉不分解，但是，当把富含毛细管的物质加入该混合体系时，水分活度只要达到0.46时，面团就会发生酶解反应。这种现象也称作局部效应。☞酶起作用的最低水分活度还与酶的种类有关。比如同是大麦磷脂分解酶，磷脂酶D的最低水分活度为0.45，而磷脂酶B为0.55。（二）酶的热稳定性与水分活度的关系酶的热稳定性与水分活度之间存在一定的关系。从图中可看出，将黑麦放在不同的温度下加热时，其所含脂酶的起始失活温度随水分含量而异，水分含量越高，酶的起始失活温度越低。也就是说，酶在较高的水分活度环境中更容易发生热失活。为此，酶在湿热条件下处理易钝化，但在干热条件下难以钝化。三、水分活度与氧化作用的关系氧化作用与水分活度之间的关系如图，从图得知，以单分子吸附水所对应的水分活度为分界点，当食品的水分活度小于该值时，氧化速度随水分活度的降低而增大，当食品的水分活度大于该值时，氧化速度随水分活度的降低而减小；当食品的水分活度等于该值时，则氧化速度最慢。油炸马铃薯片中脂肪氧化与水分活度的关系☞脂质的氧化的特点：在水分活度小于单分子吸附水的区域内，脂质的氧化表现为过氧化物价的增加—自动氧化作用；在水分活度大于单分子吸附水的区域内，脂质的氧化表现为酸价的增加，也即为脂质的水解。☞出现上述现象的原因:主要是当食品所含水分低于单分子吸附水时，部分极性基团由于失去了水的保护作用而与氧直接接触，迅速发生氧化反应。当食品含水量达到单分子吸附水时，由于极性基团均以等摩尔比与水分子结合而受到强烈保护，且由于水与金属离子发生水化作用而显著降低了金属催化剂的催化活性，同时水还可与氢过氧化合物结合使游离基消失，从而抑制了脂质的氧化反应。当食品含水量继续升高时，由于大分子发生肿胀而暴露出更多的催化部位，酶及金属催化剂的流动性提高，氧的溶解度增加，使脂质的氧化速度逐渐加快。四、水分活度与非酶褐变之间的关系从图中可以看出，非酶褐变有一适宜的水分活度范围，该范围与干制品的种类、温度、pH值及Cu+、Fe2+等因素有关。Labuxa(1970)曾经指出，美拉德褐变的最大速度出现在水分活度为0.6~0.9之间。在水分活度小于0.6或大于0.9时，非酶褐变速度将减小。原因：由于水分活度的增大使参与褐变反应的有关成分在水溶液中的浓度增加，且在食品内部的流动性逐渐改善，从而使它们相互之间的反应几率增大，褐变速度因而逐渐加快。但是，当水分活度超过0.9后，由于与褐变有关的物质被稀释，且水分为褐变产物之一，水分增加使褐变反应受到抑制。美拉德反应与水分活度之间的关系褐变度Lysloss脂肪氧化非酶褐变水解反应酶活力霉菌生长酵母生长细菌生长相对反应速率水分活度0.10.20.30.40.50.60.70.8第二节食品的脱水盐腌法糖渍法热风干制日晒冷冻升华干制法微波干燥红外干燥离心法膜过滤渗透法蒸发浓缩油炸法冷冻法干燥法食品脱水挤压法腌渍法第三节食品干制工艺 一、食品干燥和脱水 1.1食品干燥（Drying）食品干燥，就是在自然条件或人工控制条件下促使食品中水分蒸发的工艺过程。一般来说，干燥包括自然干燥，如晒干、风干等和人工干燥，如烘房烘干、热空气干燥、真空干燥、红外干燥、冷冻干燥、微波干燥等。但为了与脱水有所区别，习惯上常将干燥单纯的理解为自然干燥。 1.2脱水（dehydration）脱水就是为保证食品品质变化最小，在人工控制条件下促使食品水分蒸发的工艺过程。因此，脱水就是指人工干燥。脱水食品不仅应达到耐久贮藏的，而且要求加水复原（复水）后基本上能恢复原状。即食品脱水是指在受控制的条件下完成除去食品中的水分，而对食品性质方面影响极小或是理想地不引起其他变化。脱水食品质量的一条衡量是加水复原的脱水食品必须非常接近制备时所用的食品原料。 1.3食品干藏　就是脱水干制品在它的水分降低到足以防止腐败变质的水平后，始终保持低水分进行长期贮藏的过程。适宜于干藏的干制品的水分含量是随着食品种类而异，一般为2-25%，如果干15-25%、菜干<4%、肉类干制品5-10%、奶粉、速溶咖啡1-5%。一般再次水分含量范围室温下可贮藏一年或一年以上。1.4 干制的目的（1）Reducesproductweightandvolume（减轻重量，缩小容积）;（2）Improvestransportationandstorage.（为了能在室温条件下长期保藏食品，以便延长食品的供应季节，平衡产销高峰，交流各地特产，贮备供救急、救灾和战备用的物质）（3）Makesproductmaybemoreconvenientinusebyconsumer(driedcoffee,drymilk,drysoups,driedbeveragesetc)　为了生产方便食品1.5对食品干制的基本要求选用微生物污染量少而质量高的食品原料在清洁卫生环境中加工处理和干制在防尘、防昆虫、啮齿动物和其他动物侵袭措施下贮藏同时，在干制前热处理和化学处理杀酶降低微生物污染量巴氏杀菌杀死病原菌或寄生虫在干制过程中必须避免各种原料组织结构和化学成分不良变化，合理控制各种干制技术对干制食品品质所产生的各种影响。食品干藏也常和其他保藏方法结合在一起以便改善干制食品得耐藏性，提高其质量。干制品最好采用抽空、充氮密封包装、低温保藏。二、食品干制的基本原理2.1食品中的水分状态2.2食品中的水分表示法2.3等温吸湿曲线2.4根据脱水过程对食品中水分分类（吸附等温线法）2.5食品干制过程的特性2.6干燥机理2.1食品中水分状态（1）化学结合水　相当牢固的同物料相结合，只有在化学作用或特别强的热处理下才能脱除。（2）物理化学结合水　特点：无严密关系的各种理化结合A吸附结合水　这种水是“胶囊”外表或内表上的力场所束缚的液体。B渗透压保持水（膨胀水和结构水）　封闭在细胞内的水属于这种类型，它既是复合胶束通过渗透吸收的水，也是固定的结构水支撑机体。C物理机械结合水　特点：保持不定量的水大毛细管水微毛细管水湿润水分2.2食品中的水分表示法2.2.1水分含量的表示方法（1）湿物料的总量：g(Kg)=g水+g干物（2）物料的含水量以干物质质量比表示％：W吸=g水/g干物*100（3）物料含水量以总质量比表示％：W=g水/g*100（4）换算关系：W=（W吸/100+W吸）*100W吸=（W吸/100-W吸）*100（5）物料的含水量以干物质质量比表示（kg/kg干物质）：湿含量（U）又称水分率U=g水/g干物　　　U=W吸/1002.3等温吸湿曲线3.2湿物料同周围空气的相互作用可沿两个方向进行：☞如果物料表面的蒸汽分压大于空气中的蒸汽分压，那么将产生蒸发过程——解吸作用☞如果物料表面的蒸汽分压小于空气中的蒸汽分压，那么将由于从周围空气中吸收蒸汽而吸湿——吸附作用☞吸附等温曲线随温度、食品种类不同TwofoodswiththesamewatercontentcanhaveverydifferentawvaluesdependinguponthedegreetowhichwaterisfreeorotherwiseboundtofoodconstituentsFig.5.2.1isarepresentativewaterabsorptionisothermforagivenfoodatagiventemperature.Itshowsthefinalmoisturecontentthefoodwillhavewhenitreachesmoistureequilibriumwithatmospheresofdifferentrelativehumidities.FigureWatersorptionisotherm根据食品中的含水量和水分活度分为三个区段：第一区段单层水分子区（boundedwater1)Aw0~0.25第二区段多层水分子区（boundedwater2）Aw0.25~0.80第三区段毛细管凝结水区(boundedwater3)BoundandUnboundedwaterWater:between0-100%relativehumidity;Equilibriummoisturecontent:boundedwaterAbove100%:unboundedwater2.4根据脱水过程对食品中水分分类（吸附等温线法）吸湿水分:空气湿度达到饱和状态时，食品能从空气中吸取的水分将达到最高值，此时食品的平衡水分.湿润水分:超过吸湿水分的食品水分称为湿润水分根据脱水过程对物料中水分分类（吸附等温线法）00.20.40.60.81.0最终平衡水分蒸发水分脱水干制区去湿区吸湿区吸湿水分食品水分物料吸湿状态物料潮湿状态湿润水分2.5食品干制过程的特性（Dryingcurve）:DryingratecurveFoodtemperaturecurveDryingcurveW绝=f(τ)呈指数关系dW绝/dτ=f(W绝)因W=f(τ)则dW绝/dτ=f(τ)T食=f(τ)ConstantRatePeriodFallingRatePeriodDryingcurveconsistsof☞ConstantRatePeriod-Aslongtheamountofwaterreachingthesurfaceisequaltotheamountofwaterevaporatingfromthesurface-theevaporationisquiterapidandthiscoolsthefoodsurface☞FallingRatePeriod-Whentheamountofwaterreachingsurfacedecreases-evaporationdecreasesandsurfacetemperatureincreasesThefallingrateofdryingmaybeexplainedasfollows:☞Outsidedrierlayeroffoodformsinsulationbarrieragainstrapidheattransfer(evaporatedwaterleavesvoidsfilledupwithair).☞Asthewaterevaporatestheconcentrationofsoluteinwaterincreases.Thiselevatestheboilingpoint.☞Theincreaseinthedistancethewaterhastotraveltoreachsurface.☞曲线特征的变化主要是内部水分扩散与表面水分蒸发或外部水分扩散所决定。食品干制过程特性总结：干制过程中食品内部水分扩散大于食品表面水分蒸发或外部水分扩散，则恒率阶段可以延长，若内部水分扩散速率低于表面水分扩散，就不存在恒率干燥阶段。☞外部很容易理解，取决于温度、空气、湿度、流速以及表面蒸发面积、形状等表面水分蒸发强度的计算：W=C（P物—P空）760/BW—食品表面水分蒸发强度（kg/m2.h）P物—与潮湿物料表面湿球温度相应的饱和水蒸汽压（mmHg）P空—热空气中的水蒸汽压（mmHg）B—大气压（mmHg）C—潮湿物料表面的给湿系数（kg/m2.h.mmHg）C=0.029+0.0174V（V空气流速m/s水平，垂直2C）那么内部水分扩散速率的影响因素或决定因素是什么呢？2.6干燥机制温度梯度表面水分扩散到空气中TT-ΔT内部水分转移到表面M-ΔMM水分梯度FoodH2OFooddehydrationinvolves:☞Gettingheatintotheproduct☞Gettingmoistureoutoftheproduct☞Therefore,dryingmaybeclassifiedasheat-masstransferprocess2.6.1食品干制过程中潮湿物料的湿热传递物料给湿和导湿两过程就是物料湿热传递的具体表现。（1）物料给湿过程：物料水分大于吸湿水分时，物料表面受热蒸发水分，但表面分界层向周围介质扩散，而原料表面又被它内部向外扩散的水分所湿润，此时水分从物料表面向外的扩散过程称为给湿过程。特点：实质上它为恒速干燥阶段的水分外扩散和自由液面蒸发水分相类似。如果表面粗糙，它的蒸发表面积大于几何面积，干燥强度就大于自由液面的水分蒸发强度。如果毛细管多孔性物料内部也有水分蒸发，则干燥速度也会大于自由液面的蒸发速率。（2）物料导湿过程导湿性：干制过程中潮湿食品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。导湿温性：同时，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。（3）导湿性水分梯度若用W绝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Δn的另一等湿面上的湿含量为W绝+ΔW绝，那么物体内的水分梯度gradW绝则为：W绝——物体内的湿含量，即每千克干物质内的水分含量（千克）Δn——物料内等湿面间的垂直距离（米）ΔngradW绝I图湿度梯度影响下水分的流向W绝+ΔW绝W绝导湿性引起的水分转移量可按照下述公式求得：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/kg干物质·米2·小时）K——导湿系数（米2·小时）γ0——单位潮湿物料容积内绝对干物质重量（kg干物质/米2）W绝——物料水分（kg/kg干物质）水分转移的方向与水分梯度的方向相反，所以式中带负号。需要注意的一点是：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而异。1水分率,100kg苹果，水分含量为85%，苹果的水分率是多少？干燥后含水量为15%，苹果干的水分率是多少？2食品的平衡水分，吸湿水分，湿润水分3恒率干燥和降率干燥，内部扩散和外部扩散，给湿性和导湿性及导湿温性物料水分与导湿系数间的关系 K值的变化比较复杂。当物料处于恒率干燥阶段时，排除的水分基本上为渗透水分，以液体状态转移，导时系数稳定不变（DE段）；再进一步排除毛细管水分时，水分以蒸汽状态或以液体状态转移，导湿系数下降（CD段）；再进一步为吸附水分，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。导湿系数K（m2/h）物料水分W绝（kg/kg绝干物质）ACDEⅠⅡⅢ图物料水分和导湿系数间的关系Ⅰ—吸附水分Ⅱ—毛细管水分Ⅲ—渗透水分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。 因此可以将物料在饱和湿空气中加热，以免水分蒸发，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（4）导湿温性 在对流干燥中，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，但将促使蒸汽压上升，而且毛细管内水分还将受到挤压空气扩张的影响。结果是毛细管内水分将顺着热流方向转移TT+ΔTT/ni内表面图温度梯度下水分的流向n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/kg干物质·米2·小时）K——导湿系数（米2·小时）γ0——单位潮湿物料容积内绝对干物质重量（kg干物质/米2）δ——湿物料的导湿温系数（1/℃，或kg/kg干物质×℃温度梯度（℃/米）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 导湿温性和导湿性一样，会因物料水分的差异（即物料和水分结合状态）而异。导湿温性δ（1/℃）OAB物料水分W（%）ⅡⅠ最高的δ值实为吸附水分和自由水分（毛细管水分和渗透水分的分界点。低水分时物料以气态扩散，水分增加，δ增加，物料水分越少，多孔性物料的孔隙内空气量增加，蒸汽扩散越受阻，δ下降；高水分时，渗透水分在渗透压下和毛细管水分在毛细管势能作用下以液态转移，δ不变（Ⅱ）；但若受物料内挤压空气的作用，δ发生变化（І）：物料水分较低时，空气的推动作用较强，水分较高时，则因空气含量较少，推动作用随之减弱。导湿温性δ（1/℃）OAB物料水分W（%）ⅡⅠ干制过程中，湿物料内部同时会有水分梯度（导湿性）和温度梯度（导湿温性）存在。若两者方向一致，则在两者共同的推动下水分总流量为两者之和，即对流干燥时，水分梯度和温度梯度的方向相反。若导湿性比导湿温性强，导湿温性成为阻碍因素，水分扩散受阻；若导湿温性比导湿性强，水分则随热流方向转移，并向物料水分增加方向发展（红外干燥和焙烤初期）大多数情况下，导湿温性成为内部水分扩散的阻碍因素对流干燥时，主要发生在降率阶段，导湿温性大于导湿性，不利于水分蒸发。因此，降率干燥阶段主要受内部水分扩散控制，而内部水分扩散受到食品温度、温度差、食品结合水分以及它的结构、形状和大小等的影响。空气流速及相对湿度的影响减弱，空气温度的影响则增强。2.7影响湿热转移的重要因素1、食品表面积（Surfacearea）　食品表面积越大，干燥效果越好，几乎是用于所有类型的食品干燥设备。2、温度:传热介质和食品间温差越大，热量向食品传递的速率也越大，水分外逸速度则增加。若以空气为加热介质，则温度就降为次要因素。原因：食品内水分以蒸汽状态从它表面外逸时，在其周围形成饱和水蒸气层，若不及时排掉，将阻碍食品中水分进一步外逸，故温度的影响也因此下降。3、空气流速(Velocityofair)不仅热空气能比冷空气吸收更多的水分，而且流动的空气更加有效，加速空气流动，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。4、空气湿度（空气干燥度）(Relativehumidityofair)脱水如果用空气作干燥介质，空气越干燥，食品干燥速度也越快。近于饱和的湿、空气进一步吸收蒸发水分的能力远比干燥空气差。Eachfoodhasitsownequilibriumrelativehumidity.Equilibriumrelativehumidityisthehumidityatagiventemperatureatwhichfoodwillneitherlosemoisturetoatmospherenorpickmoisturefromtheatmosphere.5、大气压力和真空（Atmosphericpressurevsvacuum）在101.3kPa(760mmHg1atm)下，水的沸点为100℃，如果大气压里下降，水的沸点也就相应下降，气压越低，沸点也越低，若保持温度不变，气压降低，则水的沸腾越来越快，因而，在真空内加热干制时，就可以在较低的温度条件下进行。（Dryingundervacuumisimportantforheatsensitivefoodproducts）6蒸发和温度：水分从食品表面蒸发时，它的表面就会冷却，即温度下降，这是水分由液态转化成蒸汽湿吸收相变热所造成的结果。如用热空气加热，只要有水分蒸发，切片状或悬滴状食品的温度总是比热空气低。湿度计湿球温度变化实际上就是上述现象的反映，湿度计的基本原理也是物料干燥的理论基础。块状或颗粒状固态食品以及悬滴状液态食品只要含有自由水分或游离水分时，就会像湿球温度计那样进行水分蒸发，这个作用能产生几个重要结果：（1）不论干燥空气或加热般的温度多高，只要由水分蒸发，物料的温度一般不会高于湿球温度。（2）颗粒食品水分下降而蒸发速度减慢时，食品温度则随之而上升。（3）食品受高温后质量易遭受破坏，由于食品具有热敏感性，一般应在他们的温度上升到一定值之前，即使从高温干燥室内取出，或者应一种使食品能快速通过高温阶段的设备。7、时间与温度(Dryingtimevstemperature)CompromisesmustbemadebetweenthemaximumpossibledryingrateandmaintainingfoodqualityDryingtimevarieswidelybecauseofthemethodselectedandthesizeandamountofmoistureinfoodpieces.Sundryingrequiresthemosttime;anelectricdehydratorrequirestheleast.Vegetablestakefrom4to12hourstodry;fruitstake6-20hours.Meatsrequireabout12hours.Makingraisinsfromgrapesmayrequiredays/weekswhendriedoutside.2.8合理选用干制工艺条件食品干制工艺条件主要由干制过程中控制干燥速率、物料临界水分和干制食品品质的主要参变数组成。比如：以热空气为干燥介质时，其温度、相对湿度和食品的温度时它的主要工艺条件。最适宜的干制工艺条件为：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。如何选用合理的工艺条件：▲使食品表面的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。▲恒率干燥阶段，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。▲降率干燥阶段时，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。▲干燥末期干燥介质的相对湿度应根据预期干制品水分加以选用。三、干制对食品品质的影响1.干制过程中食品的主要变化（1）物理变化-干缩-表面硬化-多孔性-热塑性（2）化学变化营养成分：蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素色素：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、叶绿素褐变风味：一些挥发物质的去除热会带来一些异味、煮熟味防止风味损失方法：芳香物质回收、低温干燥、加包埋物质，使风味固定四、食品的干制方法干制方法：干制方法可以区分为自然和人工干燥两大类自然干制：在自然环境条件下干制食品的方法：晒干、风干、阴干Sundrying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Trayandtunneldrying；Spraydrying；Drumdrying；Freezedrying；Foamdrying；Microwavedrying,；infraredraydrying，andothers食品的干制方法的选择:干制时间最短、费用最低、品质最高选择方法时要考虑：1、不同的物料物理状态不同：液态、浆状、固体、颗粒；2、性质不同：对热敏感性、受热损害程度、对湿热传递的感受性3、最终干制品的用途4、消费者的要求不同（一）空气对流干燥空气对流干燥时最常见的食品干燥方法，这类干燥在常压下进行，食品也分批或连续地干制，而空气则自然或强制地对流循环。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，在许多食品干制时都会出现恒率干燥阶段和降率干燥阶段。因此干制过程重控制好空气的干球温度就可以改善食品品质。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☞或作为中试设备，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（1）概念：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Typicalcounterflowtunneldryerconstruction（1）逆流式隧道干燥设备湿端即冷端，干端即热端☞湿物料遇到的是低温高湿空气，虽然物料含有高水分，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，而中心有能保持湿润状态，因此物料能全面均匀收缩，不易发生干裂——适合于干制水果☞干端处食品物料已接近干燥，水分蒸发已缓慢，虽然遇到的是高温低湿空气，但干燥仍然比较缓慢，因此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易过高，一般不宜超过66-77℃。☞由于在干端处空气条件高温低湿，干制品的平衡水分将相应降低，最终水分可低于5%注意问题☞逆流干燥，湿物料载量不宜过多，因为低温高湿的空气中，湿物料水分蒸发相对慢，若物料易腐败或菌污染程度过大，有腐败的可能。☞载量过大，低温高湿空气接近饱和，物料增湿的可能（2）顺流隧道式干燥湿端即热端，冷端即干端☞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80-90℃，进一步加速水分蒸干而不至于焦化。☞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。☞顺流干燥，国外报道只用于干制葡萄。（3）双阶段干燥☞顺流干燥：湿端水分蒸发率高☞逆流干燥：后期干燥能力强☞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。3.输送带式干燥特点: 操作连续化、自动化、生产能力大4.气流干燥☞用气流来输送物料使粉状或颗粒食品在热空气中干燥☞适用对象：水分低于35%~40%的物料例糯米粉、马铃薯颗粒5.流化床干燥☞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）6.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。7.喷雾干燥☞喷雾干燥就是将液态或浆质态的食品喷成雾状液滴，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。常用的喷雾系统有两种类型☞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100-300μm，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10-500μm。（二）滚筒干燥☞特点：可实现快速干燥，采用高压蒸汽，可使物料固形物从3-30%增加到90-98%，表面湿度可达100-145℃，接触时间2秒-几分钟，干燥费用低，带有煮熟风味☞适用对象：浆状、泥状、液态，一些受热影响不大的食品，如麦片、米粉（三）真空干燥☞基本结构：干燥箱、真空系统、供热系统、冷凝水收集装置☞特点：物料呈疏松多孔状，能速溶。有时可使被干燥物料膨化。☞适用于：水果片、颗粒、粉末，如麦乳精五干制品水分、干燥比和复水性1.干制品水分以湿重计算：W=G水/（G干+G水）×100%以干物质计算：We=G水/G干×100%水分率：G水/G干W（水分含量）与水分率之间的关系：We=W/（1-W）×100%例：鲜果水分含量为87.5%，果干含水量5.3%，计算它们的水分率。2水分蒸发量W=G原–G干=G原{（W原–W干）/（100-W干）}=G干{（W原–W干）/（100-W原）}例：鲜果重9.45kg，干制品重1.25kg，食品水分含量从87.5%干制到5.3%，计算它的水分蒸发量。3干燥比R干：干制前原料重量和干制品重量的比值，即每生产1kg干制品需要的新鲜原料的重量。R干=G原/G干=（100–W干）/（100-W原）4干制品的复原性和复水性复水比R复= G复/G干复重系数K复=G复/G原*100%六   干制品的包装和贮藏1干制品的包装干制品的包装-能防止干制品吸湿回潮以及结快和长霉;-能防止外界空气、灰尘、虫、鼠等入侵；-避光-贮藏、搬运和销售过程中具有耐久牢固-包装的大小、形状和外观有利于商品推销-包装物卫生要求-价格合理2贮藏：干制品必须贮藏在较暗处、干燥处（r65%），低温（T10ºC）第三节：干燥新技术一、freeze-drying Duringthisprocess,waterisremovedfromfoodwhilethefoodisstillfrozenbyaprocessknownassublimation(升华).Thefrozenfoodiscooledtoabout-20°F(-29°C).Thenitisplacedontraysinarefrigeratedvacuumchamber,andheatiscarefullyapplied.Asaresult,anywaterinthefoodischangeddirectlyfromicetowatervaporwithoutfirstchangingintowater. Freeze-dryingisanothermethodofpreservingfood Freeze-driedproductsinclude:soups,tea,andinstantcoffee.1、冷冻干燥原理和特点（1）冷冻干燥原理冷冻干燥(真空冷冻干燥，冷冻升华干燥，分子干燥)，它是将湿物料先冻结至冰点以下，使水分变成固态冰，然后在较高的真空度下，将冰直接转化为蒸汽而除去，物料即被干燥。在食品工业中，常用于肉类、水产类、蔬菜类、蛋类、速溶咖啡、速溶茶、香料、酱油等。由图可见,只有在压力低于三相点压力以下（610.6Pa或4.58mmHg）时，温度在0℃以下时，物料中的水分即可从冰直接升华成水汽，但这是对纯水而言。对一般食品而言，其中的水是以溶液的形式存在，冰点较纯水要低，因此选择升华的温度在-5℃至-20℃左右，相应的压力在133.3Pa左右。在发生相变过程中，要发生体积变化及热效应，升华相变的过程一般为吸热过程，这种相变潜热称为升华热。因此冷冻浓缩需要适当地加热，以不至于冰融化为度。2冷冻干燥的特点冷冻干燥法与常规的干燥法相比有如下特点：1）由于在低温下操作，能最大限度地保存食品的色、香、味，如蔬菜的天然色素保持不变，各种芳香物质的损失可减少到最低限度，升华干燥对保存含蛋白质食品要比冷冻的好，因为冷冻降低了食品的持水性。2）由于物料中水分存在的空间，在水分升华以后基本维持不变，故干燥后制品不失原有的固体框架结构，保持原有的形状。3）由于物料中水分在预冻结（缓冻）后以冰晶形态存在，原来溶于水中的无机盐被均匀地分配在物料中，而升华时，溶于水中的无机盐就会析出，这样就避免了一般干燥方法因物料内部水分向表面扩散所携带的无机盐而造成的表面硬化现象。因此冷冻干燥制品复水后易于恢复原有的性质和形状。4）因物料处于冷冻的状态，升华所需的热可采用常温或温度稍高的液体或气体为加热剂，所以热能利用经济。干燥设备往往毋需绝热，甚至希望以导热性较好的材料制成，以利用外界的热量。在理想状态下，维持升华最大速率需要供给的升华潜热为：(Kj/s)式中：A：升华面积TI：冰的绝对温度，KpI：冰的蒸汽压，N/m2K0：常数，冰，K0为0.0184。Ls：冰的升华热，kJ/kg5.因在真空下操作，氧气极少，因此一些易氧化的物质（如油脂类）得到了保护，使产品能长期保存而不变质。6.升华干燥的缺点：由于操作是在高真空和低温下进行，需要有一整套高真空获得设备和制冷设备，故投资和操作费用都大，因而产品成本高。二、红外线加热(InfraredHeating)1定义:Infraredraysarewavesofenergy.Sincetheyarepartlyelectricandpartlymagnetic,thearemembersoftheelectromagneticfamily.Infraredisthebandbeyondvisibleradiantenergyoccurringbetweenthevisibleredendoftheelectromagneticspectrumandtheouterbandofradiowaves.(SeeFig.1)Infraredrayshaveafrequencywhichextendsfromapproximatelyfivehundredmillionmegacyclestothreemillionmegacycles.Thenameandtheeffectoftheinfraredraysarevariousaccordingtothelengthofwave.Thespectrumoftheinfraredrayis0.75to1000(micron).Infraredradiationisclassifiedasnearorfar.Thenearinfraredregionisusuallyinthe0.75to2.5rangewhilethefarinfraredradiationisinthe2.5to1000range.2远红外加热的原理物质吸收远红外辐射的机制和条件构成物质的基本质点是电子、原子或分子，这些质点即使处于基态都在不停地运动着——振动或转动。这些运动都有自己的固有频率。当遇到具有某个频率的红外线辐射时，如果红外线的频率与基本质点的固有频率相等，则会发生与振动学中共振运动相似的情况，质点会吸收红外线并使运动进一步激化；如果二者的频率相差较大，那么红外线就不会被吸收而可能穿过，基本质点吸收红外线由一个能级跃迁到另一能级，必须满足玻尔的量子条件，即：Em-En=hυmnEm：高能级能量，En：低能级能量，h：普朗克常数，υmn：红外线频率。若基本质点不具备上式的能级，则不会吸收频率为υmn的红外线。对红外线敏感的物质，其分子、原子吸收红外线后，不仅会发生能级的跃迁，也扩大了以平衡位置为中心的各种运动的幅度，质点的内能量加大。微观结构质点运动加剧的宏观反映就是物体温度升高，即物质吸收红外线后，便产生自发的热效应。由于这种热效应直接产生于物质的内部，所以能快速有效地对物质加热。这就是红外线加热也是远红外加热的原理。物质对远红外辐射的选择性吸收根据上述原理，物质并不对所有的远红外辐射都会产生吸收，实际上物质仅对共振频率υmn满足υmn=Em-En的远红外辐射产生吸收，其频率不能满足此式的远红外辐射则不被吸收而穿过。由于物质分子的吸收能级很多，各个能级的跃迁差异不等，因此实际的吸收不是单一的而是复杂的，并伴有多种能级跃迁的吸收过程。不同的物质其能级不同，因此其吸收光谱也不同，掌握不同食品的红外线吸收特性，可选择适宜的红外谱提高加热效果；食品中很多成分在3-15μ的远红外区有强烈的吸收。3红外加热的特点-热辐射效率高.在食品加工加热的温度范围内,黑体或近似黑体的热辐射密度最大的波长范围在2.5-20μ,因此,使用远红外线加热食品有着较高的热辐射率;-热损失小,红外线直接辐射到被加热物体表面,不存在传热界面,在空气中损失很小;-加热速度快,传热效率高,红外线传热速度比对流和传导快,故可缩短干燥时间和生产线长度,提高产量;-有一定的穿透力(AbilityofDeeplyPenetrating),对物体内部直接加热,但穿透力小于微波;-产品质量好,红外线的光子能量比紫外线、可见光要系要小,因此一般只会产生热效果,不会引起食物成分的化学变化.另外,加热速度快,时间短,食品受热较均匀不会局部过热,成分损失小.-热吸收率高,大部分的食品吸收峰集中在2.5-20μ,与辐射体辐射的电磁波相一致,则食品对远红外线吸收率很高.-操作控制容易,红外线同其他光波一样,具有直接传播、漫反射和镜反射的性质，因此可以通过光的集散，遮断机构更合理地控制辐射热，以提高加热质量减少热损失。三、食品微波干燥热风干燥:食品外部先受热,表面干燥,然后次外层受热,由于热量传递与水分传递的方向相反,在此外层干燥时,其水分必须通过最外层,这样就对已干的最外层再复水.形成干燥—再复水—再干燥依次反复向内推进。过程总特点是热量传递（向内层）和水分传递（向外层）越来越慢。微波干燥：食品内部先受热，干燥，内层水分蒸发迁移至外层（速度很快），外层水分越来越高，干燥速度比一般的干燥速度快的多。特别是在物料的后续干燥阶段，优势明显。微波干燥的优点：厂房利用率高，生产能力是传统干燥的3-4倍；干燥速度快，时间短；产品质量好（干燥时表面温度不高，表面氧化少，色泽好，杀菌作用，表面易形成多孔，复水性好）；卫生、节能（20-25%）。投资大，耗电量大，常与其它干燥方法（红外、热风）连用，用于后续干燥阶段。 微波加热设备微波加热设备主要由电源、微波管、连接波导（wave-guide）、加热器（cookingchamber）和冷却系统等组成。微波管由电源提供直流高压电流并使输入能量转化成微波能量。微波能量通过连接波导传输到加热器，加热物料。冷却系统用于对微波管的腔体及阴极部分进行冷却（风和水冷）。食品微波干燥实例：1）一般食品微波干燥系统从微波发生器产生的微波由二根25W磁控管分配成两条平行的微波隧道，形成微波干燥区。干燥土豆片,热风温度（87.7-104.4℃），时间2.5-4min,产量900kg/h(如图)面条—热风干燥（30%水分含量降至18%）—微波-热风干燥（13%水分，需12min）总干燥时间从8h降至1.5h）马铃薯—油炸脱水（至8%）—微波干燥（低于1.5%水分）—产品含油量由普通方法的40%降至35%。还有蛋黄粉、肉制品、速溶茶和咖啡等。复习题1.      干燥和脱水2.      平衡湿度和平衡水分3.      湿润水分和吸湿水分4.      导湿性和导湿温性5.      恒率干燥和降速干燥6.      食品表面硬化及其原因及防止措施7.      多孔性的形成原因及其利弊8.      复水性和复原性9.      干燥率和水分率10.  半干半潮食品定义及发展前景11.  水分状态及水分如何转移12.  微波、冷冻、红外定义以及在食品工业中的应用13.  隧道式干燥方法的原理及应用