第1章食品的脱水加工

第四章食品的脱水加工概述一、食品的脱水加工（dehydration）从食品中去除水分，在该条件下不导致或几乎不导致食品性质的其它变化（除水分外），是一种用于长期保藏食品的极其重要的食品加工操作。浓缩(concentration)——留下液体，其中水分含量高干燥(drying)——产品是固体，最终水分含量低二、食品脱水加工的特点（1）食品经脱水加工后，重量减轻、体积缩小，可节省包装、储藏和运输费用；带来了方便性；（2）干燥食品可延长保藏期；三、食品脱水加工的方法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；依据分子大小不同，用膜来分离水分，如渗透、反渗透、超滤；本章中讨论的是通过热脱水的方法。四、食品干燥保藏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的保藏方法。是一种最古老的食品保藏方法五、食品干藏的历史我国北魏在齐民要术书中记载用阴干加工肉脯在本草纲目中，晒干制桃干大批量生产的干制方法是在1875年，将片状蔬菜堆放在室内，通入40度热空气进行干燥，这就是早期的干燥保藏方法，差不多与罐头食品生产技术同时出现。六、食品干藏的特点设备简单生产费用低，因陋就简食品可增香、变脆食品的色泽、复水性有一定的差异七、脱水加工技术的进展除热空气干燥目前还在应用外，还发展了红外线、微波及真空升华干燥、真空油炸等新技术。提高干燥速度提高干制品的质量发展成食品加工中的一种重要保藏方法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M表示以干基计，也有用湿基计m，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。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，水分含量相差不多，但保藏却不同，这就存在一个水能否被微生物酶或化学反应所利用的问题；这与水在食品中的存在状态有关。一、食品中水分存在的形式（1）自由水或游离水（2）结合水或被束缚水①化学结合水②物理化学结合水③机械结合水二、水分活度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（wateractivity）Awf——食品中水的逸度Aw=——f0——纯水的逸度我们把食品中水的逸度和纯水的逸度之比称为水分活度。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）。（2）水分活度大小的影响因素①取决于水存在的量；②温度；③水中溶质的浓度；④食品成分；⑤水与非水部分结合的强度。表2-1常见食品中水分含量与水分活度的关系（3）测量①利用平衡相对湿度的概念②数值上Aw=相对湿度/100，但两者的含义不同③水分活度对单一溶质，可测定溶液的冰点来计算溶质的mol数具体方法参考FoodengineeringpropertiesM.M.A.Mao三、水分活度对食品的影响大多数情况下，食品的稳定性（腐败、酶解、化学反应等）与水分活度是紧密相关的。（1）水分活度与微生物生长的关系；食品的腐败变质通常是由微生物作用和生物化学反应造成的，任何微生物进行生长繁殖以及多数生物化学反应都需要以水作为溶剂或介质。干藏就是通过对食品中水分的脱除，进而降低食品的水分活度，从而限制微生物活动、酶的活力以及化学反应的进行，达到长期保藏的目的。（2）干制对微生物的影响；干制后食品和微生物同时脱水，微生物所处环境水分活度不适于微生物生长，微生物就长期处于休眠状态，环境条件一旦适宜，，又会重新吸湿恢复活动。干制并不能将微生物全部杀死，只能抑制其活动，但保藏过程中微生物总数会稳步下降。由于病原菌能忍受不良环境，应在干制前设法将其杀灭。（3）干制对酶的影响；水分减少时，酶的活性也就下降，然而酶和底物同时增浓。在低水分干制品中酶仍会缓慢活动，只有在水分降低到1%以下时，酶的活性才会完全消失。酶在湿热条件下易钝化，为了控制干制品中酶的活动，就有必要在干制前对食品进行湿热或化学钝化处理，以达到酶失去活性为度。（4）对食品干制的基本要求干制的食品原料应微生物污染少，品质高。应在清洁卫生的环境中加工处理，并防止灰尘以及虫、鼠等侵袭。干制前通常需热处理灭酶或化学处理破坏酶活并降低微生物污染量。有时需巴氏杀菌以杀死病原菌或寄生虫。四、食品中水分含量（M）与水分活度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水分吸附等温线的认识温度对水分吸附等温线的影响水分吸附等温线的应用思考题1.水分活度对微生物、酶及其它反应有什么影响？简述干藏原理2.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？第二节食品干制的基本原理一、干燥机制干燥过程是湿热传递过程：表面水分扩散到空气中，内部水分转移到表面；而热则从表面传递到食品内部。①水分梯度：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②温度梯度：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。（一）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Δn的另一等湿面上的湿含量为M+ΔM，那么物体内的水分梯度gradM则为：)//(limlim00mkgkgnMnMnMMMgradMnnM——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）导湿性引起的水分转移量可按照下述公式求得：i水=-Kγ0nM=-Kγ0ΔM（千克/米2·小时）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干物质/米2·小时）K——导湿系数（米·小时）γ0——单位潮湿物料容积内绝对干物质重量（kg干物质/米3）M——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。（2）物料水分与导湿系数间的关系①K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。②导湿系数与温度的关系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。（二）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。（1）温度梯度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：温i=－Kγ0nt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干物质/米2·小时）K——导湿系数（米·小时）γ0——单位潮湿物料容积内绝对干物质重量（kg干物质/米3）δ——湿物料的导湿温系数（1/℃，或kg/kg干物质×℃）（2）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δ=ntnM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。（三）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，水分流动的方向将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温当i湿﹥i温水分将按照物料水分减少方向转移，以导湿性为主，而导湿温性成为阻碍因素，水分扩散则受阻。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，而导湿性成为阻碍因素。如：烤面包的初期二、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，干燥速率逐渐变低，食品温度也在不断上升。①水分含量的变化（干燥曲线）②干燥速率曲线③食品温度曲线（1）干燥曲线干制过程中食品绝对水分和干制时间的关系曲线。干燥时，食品水分在短暂的平衡后，出现快速下降，几乎是直线下降，当达到较低水分含量时（第一临界水分），干燥速率减慢，随后达到平衡水分。平衡水分取决于干燥时的空气状态（2）干燥速率曲线随着热量的传递，干燥速率很快达到最高值，然后稳定不变，此时为恒率干燥阶段，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（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。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。外部扩散速率，很容易理解，取决于温度、空气、湿度、流速以及表面蒸发面积、形状等那么内部水分扩散速率的影响因素或决定因素是什么呢？由导湿性和导湿温性解释干燥过程曲线特征以上我们讲的都是热空气为加热介质。若是采用其它加热方式，则干燥速率曲线将会变化。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。（一）干制条件的影响（1）温度对于空气作为干燥介质,提高空气温度,干燥加快.由于温度提高,传热介质与食品间温差越大,热量向食品传递的速率越大,水分外逸速率因而加速.对于一定相对湿度的空气,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.另外,温度高,水分扩散速率也加快,使内部干燥加速.注意:若以空气作为干燥介质,温度并非主要因素,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.从而降低了水分的蒸发速度.故温度的影响也将因此而下降.（2）空气流速空气流速加快，食品干燥速率也加速。不仅因为热空气所能容纳的水蒸气量将高于冷空气而吸收较多的水分；还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；同时还因和食品表面接触的空气量增加，而显著加速食品中水分的蒸发。（3）空气相对湿度脱水干制时，如果用空气作为干燥介质，空气相对湿度越低，食品干燥速率也越快。近于饱和的湿空气进一步吸收水分的能力远比干燥空气差。饱和的湿空气不能在进一步吸收来自食品的蒸发水分。脱水干制时，食品的水分能下降的程度也是由空气湿度所决定。食品的水分始终要和周围空气的湿度处于平衡状态。干制时最有效的空气温度和相对湿度可以从各种食品的吸湿等温线上寻找。（4）大气压力和真空度气压影响水的平衡，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，则真空干燥对干燥速率影响不大。（5）蒸