第四章干燥保藏

1第四章食品干燥保藏(1)主要内容1.干燥保藏原理非结合水与结合水，水分表示方法，水分活度与平衡水分，吸附、解吸等温线，食品在干燥中的主要变化，食品干燥贮藏中所需的最低水分以及干制品的品质评价指标，复水与产品品质2.干燥方法及设备食品干燥的基本要求，食品干燥工艺条件的确定原则，干燥方式及干燥设备基本要求：食品干燥保藏基本原理，掌握相关基本概念重点：掌握食品干燥的基本要求，以及干燥方法和装备的选定原则序言1)什么是食品干燥保藏?食品干燥保藏就是将食品物料的水分降低到足以防止腐败变质的水平后，始终保持低水分状态进行长期贮藏的过程。2)干燥保藏主要操作过程可分三个阶段(1)干燥前的预处理或加工过程。如果贮藏对象是新鲜的农产品，则对物料进行清洗、整理、切分和杀青处理，破坏酶的活性，防止非酶反应，提高干燥速率；如果是深加工产品，干燥则是最后的工序（如方便面、干燥米饭2的加工）。(2)干燥过程。在自然条件或者人工控制条件下使食品中水分蒸发的工艺过程，包括自然干燥如晒干、风干等；人工干燥如烘房烘干、热空气干燥、真空干燥等。(3)包装贮藏过程。将干燥后的产品，适当包装后，在特定的环境中贮藏。3)干燥保藏主要应用于以下几个方面(1)初级原料的加工与保藏：各类谷物、蔬菜、果品等农产品收后处理。(2)各种中间产物的加工与保藏：食品配料的制备、废弃物的回收等。（例如：啤酒生产中的麦芽、啤酒花等；黄酒生产中的麦曲、大米、酒糟等）。(3)食品成品的加工与保藏：各类方便食品（方便面、干燥米饭）、粉末食品（奶粉）、抽提产品（咖啡）等的加工与保藏。4)干燥保藏的特点(1)能在室温条件下长期保藏食品，或提供特色食品品种。(2)食品干燥后，质量减轻，体积缩小。体积缩小和质量减轻可以显著地节省包装、贮藏和运输费用，并且还便于携带，供应方便。表5.1各种新鲜食品和保藏食品的体积/m3·t-15.1食品干燥保藏原理5.1.1湿物料的状态及水分1)湿物料的状态3不同外观：块状（土豆）、条状（刀豆）、片状（叶类蔬菜）、颗粒状（谷物）、晶体（糖）、粉末状（面粉）等。不同物理化学性质：液态食品（粘性、粘弹性、流动性等）、湿固态食品（塑性、弹性、粘弹性等）。不同生物学性质：新鲜果蔬的生理活动及酶活性、微生物繁殖生长。2)水分与物料的结合方式（补充）水分与物料的结合方式有两种：非结合水分、结合水分(1)非结合水分非结合水分是指存在于组织内部、细胞内部、细胞间隙中、物料表面的水。非结合水分也称为自由水分或游离水分。从现象上看，物料表面上的湿润水分就是非结合水。非结合水分的特点：》在-40℃以上可以结冰；》在食品内可以作为溶剂；》可以以液体形式移动，在气候干燥时也可以以蒸汽形式逸出，使食品的含水量降低；》在潮湿的环境中食品容易吸收一定量的水分，含水量增加；》微生物可以利用非结合水繁殖，各种化学反应也可以在其中进行；》由于与物料的结合强度小，故容易通过干燥去除。(2)结合水分结合水分指物料中与非水成分（如盐、糖、蛋白、淀粉、纤维素、果胶分子）通过氢键结合的水，它存在于溶质或其它非水组分附近。结合水分包括单分子层结合水分和多分子层结合水分（单分子层以外的4几层水）。从现象上看，物料中只有结合水分时，物料表面不存在有湿润水分。结合水的特点：》-40℃以上不能结冰；》结合水不能作为溶剂，不能被微生物所利用；》结合水分与物料的结合强度大，而且大多数存在于物料内部，故不容易通过干燥去除蒸发的水分来自食品内部。结合水分又可细分为化学结合水、物理化学结合水和机械结合水。(a)化学结合水主要包括结晶水，结合强度大，故难以去除。除去结晶水的过程不属于干燥过程（需要高温灼烧、或化学方法脱水）。(b)物理化学结合水包括吸附、渗透和结构的水分。吸附水：水分既可被物料的外表面吸附，也可吸附于物料的内部表面，在吸附水分形成时有热量放出，脱去时则需吸收热量。吸附水与物料的结合力较强。渗透水：水分与物料的结合是由物料组织壁内外的渗透压（原因：溶解物浓度差）造成。渗透水分存在于物料组织内部，结合强度相对弱小，蒸发、外压或组织的破坏时解离。结构水：在胶体形成时结合在组织内部的水。蒸发、外压或组织的破坏时，此类水分可离解；(c)机械结合水分包括有毛细管水分等。毛细管水分存在于纤维或微小颗粒成团的湿物料中，它与物料的结合强度较弱。注意：(1)含有非结合水分的物料称为吸水物料，如：木材、粮食、皮革、纤维及其织物、纸张、合成树脂颗粒等。仅含结合水分的物料，称为5非吸水性物料，如铸造用型砂、各种结晶颗粒等。就干燥的难易来说，非吸水性物料要比吸水性物料难干燥。(2)不同形式的水分的结合能大约为100～3000J/mol。物料和水分的不同结合形式，使排除水分耗费的能量不同，即干燥所需要的热能不同。3)湿物料中水分的表示方法a.湿基水分W(-),moisturecontentinwetbasis式(5-1)b.干基水分Wd(-),moisturecontentindrybasis式(5-2)两种水分的换算式：式(5-3)订正，推导？注意：(1)水分也称为水分含量、含水率、水分质量分数；(2)水分的单位也可用%表示。%,w.b.%,d.b.5.1.2湿物料的水分活度与平衡水分1）水分活度物料含有水分时（湿物料），有一部分水分由于受溶质的束缚，不能参加各类化学反应，也不能被微生物利用，这部分水分为无效水分。只有和溶质结合力小或处于游离状态的水分才能参加各类化学反应，而且能被微生物利用，这些水分称为有效水分。水分活度表示有效水分的多少，可以用蒸汽压的关系（即，相对蒸汽压）来表示：60ppww（5-4）式中，pw—物料表面的蒸汽压，Pa；p0—该温度下的纯水表面蒸汽压，Pa。注意：(1)aw为物料（溶液、或材料）中的水分状态，aw＝０～１。(2)水分活度还因溶质状态而异。例如25℃时，浓度为1mol/L的蔗糖（非电解质）溶液的水分活度为0.9806，而1mol/L的食盐（电解质）溶液的水分活度则为0.9669。(3)水分活度与微生物、酶等生物、化学、物理反应有关。水分活度已成为影响腌渍食品、发酵食品贮藏稳定性的重要因素。表5-2水分活度与食品变性反应，p.88(4)食品的水分活度主要采用试验方法测定。食品中的溶液很复杂，不是所有的水都作为溶剂，一些将与可溶性成分结合，也可能与不溶性成分结合。因此不能从食品中的水分含量、溶质的量和性质准确计算出食品的水分活度，而需要采用试验方法测定。2）平衡水分将食品物料放置在一个密闭箱内（箱内空气具有一定的温度和相对湿度），考察湿物料与周围空气之间的水分移动。(1)湿物料与周围空气之间的水分移动可沿两个方向进行：(a)如果物料的表面蒸汽分压pw大于空气中的蒸汽分压pk(pwpk)，则物料脱水干燥，称解吸作用；(b)如果pwpk，则物料将从周围空气中吸收蒸汽，称吸附作用。7(2)当pw=pk，成为平衡状态。处于平衡状态的物料的水分叫平衡水分(Wp)。(a)一般，空气的相对湿度：%100Bkpp式中，pｋ----空气中的蒸汽分压，Pa；pB----该温度下的饱和蒸汽压，Pa。相对湿度则为物料周围的空气状态，=0%～100%。(b)在平衡状态下，空气相对湿度和物料水分活度的数值可以互换：100100100(%)0Bkwwapppp式中，pｋ----空气中的蒸汽分压，Pa；pB----饱和蒸汽压，Pa；统一温度条件下pw—物料表面的蒸汽压，Pa；p0—纯水表面蒸汽压，Pa。即，aw×100=相对湿度（%），or相对湿度（%）/100=aw。（c）水分活度的测定方法：将食品物料放置在一个密闭箱内（箱内空气具有一定的温度和相对湿度），直至物料和空气之间的水分扩散达到平衡，此时物料的水分就是该温度下物料的平衡水分、即水分活度，并且上述水分活度和相对湿度的关系成立。（水分活度的测定方法：平衡状态，平衡水分水分活度，相对湿度，两者关系成立）(3)平衡水分的大小取决于,(a)食品的种类和化学组成;(b)周围空气的的温度和相对湿度。（内因、外因）(还有压力，但食品工业中一般不需考虑)8表5-3某些食品在不同空气相对湿度下的平衡水分，p.89（该表中表示内容的欠缺？）5.1.3解吸与吸附如前所述，食品的平衡水分因物料的种类、以其周围空气的温度和相对湿度而异。如果物料的平衡水分是由物料蒸发水分达到的，则平衡水分与空气相对湿度的关系曲线称为解吸等温线(也称为脱水等温线)，如果平衡水分是由物料吸湿形成的，称为吸附等温线（也称为吸水等温线）。图5-1马铃薯吸附等温线。图5-2鸡肉在不同温度下的吸附与解吸等温线。（订正）（平衡状态下，两种横坐标的表示方法都OK）(1)图5-1中，在同一相对湿度条件下，随着温度的提高，平衡水分降低。（适用于大多数物料）(2)图5-2中，吸附与解吸等温线不重复，出现吸附滞后现象。单分子水分活度和αw=1之间形成滞后环。不同温度下滞后现象不一样。鸡肉在5℃滞后最明显，60℃却没有滞后环。（适用于大多数物料）(3)图5-2中的滞后现象说明：(a)在某一平衡水分下，吸附时空气相对湿度高于解吸时空气相对湿度（图的水平线）。实际工作中，如果物料干燥之后重新吸湿，为了获得同样的平衡水分，必须具备更高的空气湿度；(b)在某一相对湿度条件下，湿物料的解吸平衡水分高于？还是低于？干制品的吸附平衡水分（图的垂直线）。(4)吸附滞后现象受不同食品材料及其结构的影响。苹果、高果胶、高糖食品，滞后主要出现在单分子层区域，当水分活度达到0.65以上则消失；猪9肉则在水分活度0.85以上才开始出现。(5)吸附滞后现象尚未有合理的解释。可能是毛细管水脱去后，空气进入物料毛细管中，且被吸附在管壁上，当随后吸湿时，发生不完全的润湿作用，致使克服空气的阻力，必须增加蒸汽分压，即增加相对湿度。(6)典型的食品物料吸附等温线：图5-3；等温线上代表食品物料中不同结合状态水分的三个区域：A段、B段、C段。(a)区域C段的曲线凸向含水率坐标轴(y轴)。水分活度的变化对含水率的影响不大（反过来说，水分含量的变化对水分活度影响显著）。存在状态：区域C的水分为BET(Brunauer-Emmet-Teller)单分子层或多分子层水分。这部分水分较紧密结合在食品其他成分的特定部位，如多聚糖的羧基、蛋白质的羰基和氨基，而另一部分水分可由氢键、偶极离子键或其它反应而结合在一起。水分与其他成分的结合稳定。结合水干燥难易程度：这部分水不能作为溶剂，且难以冻结，可作为固体的一部分(如结晶水)，与物质的结合能最大、最稳定，只有在化学作用或在特别强的热处理下(煅烧)才能脱去。通常在干燥过程不易将其除去。表5-4几种食品的BET单分子值和最大结合能（订正）(b)区域B段的曲线凸向水分活度坐标轴(x轴)，水分活度的变化对含水率的影响较大。存在状态：水分与其他成分的之间大多是多层吸附。水分与食品固体成分的结合不如C段稳定。干燥难易程度：干燥较C段快；在同样的干燥条件下的干燥速率也有较大的差异。(c)区域A段的曲线也是凸向水分活度坐标轴(x轴)，弯度刚好与C曲10线相反，水分活度的变化对含水率的影响最大。存在状态：食品材料所包含的水分为游离水（非结合水）（如：充满在食品内毛细管中的水、以及附着在食品外表面上的水），水分与食品成分的结合不稳定。毛细管的大小对水的吸附作用影响较大。大毛细管(平均半径10μm)中可以存在大量的游离水（非结合水）；微毛细管（平均半径10μm）靠吸附就能充满水（物理化学结合水）。毛细管水在物料中既可以液体形式迁移，又可以蒸汽形式渗透。干燥难易程度：干燥过程中，这种水分在食品表面蒸发，因此干燥快；毛细管水的脱去将产生物体的收缩和毛细管的变形。5.2食品在干燥过程中的主要变化干燥过程中，由于受热和失水，食品物料的物理和化学特性发生较大变化，对这些变化的把握是选择适当干燥方法和贮藏条件的基础。5.2.1物理变化食品干燥时出现的物理变化主要有干缩和干裂、表面硬化和空隙形成等。1）干缩和干裂干缩是干燥时物料体积缩小、弹