第二章食品的脱水加工-1_食品工艺学

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,油炸油条,烤烧饼、面包等,这些加工都会使食品失去水分,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.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:产品是液态，其中水分含量较高15%——浓缩(concentration)。如浓缩果汁40~70%产品是固体，最终水分含量低15%——干燥(drying)。如桔子粉,奶粉,粉状咖啡•依据食品脱水的原理食品脱水加工类型: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；如干燥或干制依据食品分子大小不同，用膜来分离水分;如超滤、反渗透等,主要是用于浓缩超滤浓缩原理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，特点是冷操作，蛋白质不会变性；如从乳清中回收乳清蛋白；在本章中所讨论的食品脱水加工是指:在控制的条件下,通过加热蒸发脱水的方法，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15%以下,即干燥或干制。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1/8~1/2左右，节省包装、贮藏和运输费用，带来了方便性；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3.食品干燥保藏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。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。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。5.食品干藏的特点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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。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。如：水分含量高低不同时花生油M0.6％时易变质淀粉M20％不易变质还有一些食品具有相同水分含量，但腐败变质的情况是明显不同的.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。食品中水分存在的形式游离水（或自由水）Freewater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）Immobilizedwater是指不易流动、有结合力固定、不易结冰（－40℃），不能作为溶剂；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（wateractivity)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%），故用P/P0来定义AW是合理的。(1)定义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）。P/P0=RH=Aw（RH,relativehumidity相对湿度%）测定相对湿度，水分活度测定仪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；Aw1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；(2)水分活度大小的影响因素影响水分活度的因素主要有食品种类、水分含量、食品中溶质种类和浓度及温度：取决于水存在的量；温度；水中溶质的种类和浓度；食品成分或物化特性；水与非水部分结合的强度见表2-2(P26)表2-2常见食品中水分含量与水分活度的关系FoodMoisturecontent(%)WateractivityIce1001.00Ice1000.91Ice1000.82Ice1000.62Freshmeat700.985Bread400.96Marmalade350.86Wheatflour14.50.72Raisin270.60Macaroni100.45Boiledsweets3.00.30Biscuuits5.00.20Driedmilk3.50.11Potatocrisps1.50.080℃-10℃-20℃-50℃2.水分活度对食品保藏性的影响（1）水分活度和微生物生长活动的关系（2）水分活度对酶活力的影响（3）水分活度对化学反应的影响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范围aw在此范围内的最低水分活度一般所能抑制的微生物在此水分活度范围的食品1.0~0.95假单胞菌、大肠杆菌变形杆菌、志贺氏菌属、克霍伯氏菌属、芽孢杆菌、产气荚膜梭状芽孢杆菌、一些酵母极易腐败变质（新鲜）食品、罐头水果、蔬菜、肉、鱼以及牛乳；熟香肠和面包；含有约40%（w/w）蔗糖或7%氯化钠的食品0.95~0.91沙门氏杆菌属、溶副血红蛋白弧菌、肉毒梭状芽孢杆菌、沙雷氏杆菌、乳酸杆菌属、足球菌、一些霉菌、酵母（红酵母、毕赤氏酵母）一些干酪（英国切达、瑞士、法国明斯达、意大利菠萝伏洛）、腌制肉（火腿）、一些水果汁浓缩物；含有55%（w/w）蔗糖或12%氯化钠的食品0.91~0.87许多酵母（假丝酵母、球拟酵母、汉逊酵母）、小球菌发酵香肠（萨拉米）、松蛋糕、干的干酪、人造奶油、含65%（w/w）蔗糖（饱和）或15%氯化钠的食品0.87~0.80大多数霉菌（产生毒素的青霉菌）、金黄色葡萄球菌、大多数酵母菌属（拜耳酵母）SPP、德巴利氏酵母菌大多数浓缩水果汁、甜炼乳、巧克力糖浆、槭糖浆和水果糖浆、面粉、米、含有15~17%水分的豆类食物、水果蛋糕、家庭自制火腿、微晶糖膏、重油蛋糕0.80~0.75嗜旱霉菌（谢瓦曲霉、白曲霉、WallemiaSebi）、二孢酵母果酱、加柑橘皮丝的果冻、杏仁酥糖、糖渍水果、一些棉花糖0.75~0.65耐渗透压酵母（鲁酵母）、少数霉菌（刺孢曲霉、二孢红曲霉）含有约10%水分的燕麦片、颗粒牛扎糖、砂性软糖、棉花糖、果冻、糖蜜、粗蔗糖、一些果干、坚果0.65~0.60微生物不增值含约15~20%水分的果干、一些太妃糖与焦糖；蜂蜜0.5微生物不增值含约12%水分的酱、含约10%水分的调味料0.4微生物不增值含约5%水分的全蛋粉0.3微生物不增值含约3~5%水分的曲奇饼、脆饼干、面包硬皮等0.2微生物不增值含约2~3%水分的全脂奶粉、含约5%水分的脱水蔬菜、含约5%水分的玉米片、家庭自制的曲奇饼、脆饼干食品中水分活度与微生物生长关系（表）Aw0.85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0.9左右霉菌生长最旺盛。水分活度对霉菌生长的影响0.20.40.60.8Aw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（2）水分活度对酶活力的影响0.20.40.6Aw0.8Aw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。当水分超过0.4时，氧化速度增加。认为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0.20.40.60.8Aw水分活度对褐变反应的影响3食品中水分含量（M）与水分活度Aw之间的关系食品中水分含量（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)（Ⅱ）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（Ⅲ）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；（Ⅰ）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。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(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(p28)相同水分含量，水分活度随温度增高而增大相同水分活度，水分含量随温度降低增大。（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(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不能重合（有差异），形成了滞后圈。见图2-5(p28)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WHC↓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