第二章 食品的脱水加工

第二章食品的脱水加工概述食品的脱水加工（dehydration）概述食品脱水加工的方法概述食品脱水加工的目的食品干燥保藏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。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。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食品中的水分含量(M)与储藏稳定性密切相关一、食品中水分存在的形式自由水（游离水）结合水（被束缚水）水分活度（wateractivity)AW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；水分活度大小的影响因素取决于水存在的量；温度；水中溶质的浓度；食品成分；表2-2常见食品中水分含量与水分活度的关系食品中水分含量与水分活度之间的关系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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)三、水分活度与食品保藏性的关系（1）水分活度对微生物生长的影响三水分活度与食品保藏性的关系（1）水分活度对微生物生长的影响三水分活度与食品保藏性的关系（1）水分活度对微生物生长的影响（2）水分活度对酶活力的影响（3）水分活度对化学变化的影响对脂肪氧化的影响（3）水分活度对化学变化的影响对褐变的影响FoodH2O1.导湿性水分梯度使水分转移1.导湿性需要注意的一点是：导湿系数K在干燥过程中并非稳定不变，它随着物料水分含量和温度而异。导湿系数的影响因素K值的变化比较复杂。当物料在水分含量高（III区）时，排除的水分基本上为自由水，以液体状态转移，导湿系数稳定不变（ED段）；到II区时，排除的水分基本上是渗透水分时，水分以液体状态和以蒸汽状态转移，导湿系数下降（DC段）；在I区再进一步排除的水分则为吸附水分，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。因结合力强，故K先上升后下降（CA段）温度的影响K与温度指数成正比启示：若将导湿性小的物料在干制前加以预热，以增大导湿系数，就能显著地加速干制过程。为此，常在饱和湿空气中加热，以免物料表面水分蒸发形成硬膜，而影响水分转移。2.导湿温性温度梯度促使水分（不论液态或气态）从高温处向低温处转移。（2）导湿温系数就是温度梯度为1℃/m时物料内部能建立的水分梯度，即Mθδ=-nn导湿温系数和导湿系数一样，会因物料水分的差异（即物料和水分结合状态）而变化。导湿温系数和物料水分的关系见图导湿温系数的影响因素物料水分的影响二、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，干燥速率变大后又逐渐变低，食品温度也在不断上升。1.干燥曲线（1）水分含量曲线（2）干燥速率曲线（3）食品温度曲线干制过程的特性干燥阶段干制过程的特性（1）恒速期干制过程的特性干燥阶段干制过程中食品内部水分迁移大于食品表面水分蒸发或扩散，则恒率阶段可以延长；如内部水分迁移小于表面扩散，则恒率阶段就不存在；如水分含量75~90%的苹果，有恒率和降率阶段；若水分9%的花生米，干制时，仅经历降率阶段；影响干制的因素1.干制条件的影响影响干制的因素2、食品性质的影响第三节干制对食品品质的影响物理变化第三节干制对食品品质的影响化学变化第三节干制对食品品质的影响（2）色素（3）风味二.干制品的复原性和复水性干制品复水后恢复原来新鲜状态的程度是衡量干制品品质的重要指标。1.干制品的复原性就是干制品重新吸收水分后在重量、大小和性状、质地、颜色、风味、结构、成分以及可见因素（感官评定）等各个方面恢复原来新鲜状态的程度2.干制品的复水性新鲜食品干制后能重新吸回水分的程度，一般用干制品吸水增重的程度来表示复水比：R复=G复/G干G复干制品复水后沥干重，G干干制品试样重复重系数：K复=G复/G原G原干制前相应原料重干燥比：R干=G原/G干反映了食品脱水的程度复重系数：K复=R复/R干三.干制品的贮藏水分含量干制品的耐贮藏性主要取决于干燥后的水分活度；由于食品成分和性质不同，达到贮藏要求的水分活度时的相应水分含量各不相同；见书P48~49，表2-8和表2-9四、合理选用干制工艺条件空气温度、相对湿度、流速、气压第四节食品的干制方法一、空气对流干燥空气对流干燥是最常见的食品干燥方法，这类干燥在常压下进行，食品可分批或连续地干制，而空气则一般为强制地对流循环。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，干制过程中控制好空气的干球温度就可以改善食品品质。1.柜（厢）式干燥设备基本结构特点：间歇型，小批量、设备容量小、易控制，但操作费用高操作条件：空气温度94℃，空气流速2-4m/s，时间较长10-20h适用对象果蔬或价格较高的食品或作为中试，摸索物料干制特性，为确定大规模工业化生产提供依据2.隧道式干燥设备为了增加干燥的能力，将干燥室加长，可达十几米到几十米，物料从一头进到另一头出来，即为隧道式干燥设备通常根据热空气流动和物料移动的方向，将隧道式干燥设备分为逆流或顺流隧道式干燥设备•一些基本名称或概念：对于热空气高温低湿空气进入的一端——热端低温高湿空气离开的一端——冷端对于物料湿物料进入的一端——湿端干制品离开的一端——干端对于设备热空气气流与物料移动方向相反——逆流热空气气流与物料移动方向一致——顺流(1)逆流隧道式干燥设备基本结构物料与气流的方向相反，湿端即冷端，干端即热端；系半连续性特点及应用A.湿物料先在冷端遇到的是低温高湿空气，物料因含有高水分，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，而中心又能保持湿润状态，因此物料能全面均匀收缩，不易发生干裂；适合于初期干燥速率过快容易干裂的水果如李、梅等B.干端处食品物料已接近干燥，水分蒸发已缓慢，但因遇到的是高温低湿空气，干燥仍可进行但比较缓慢，干制品的平衡水分可相应降低，最终水分可低于5%；C.干端处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宜过高，一般不宜超过77℃。D.逆流干燥，湿物料水分蒸发相对慢，总的干燥速率低，故湿物料载量不宜过多，即设备干燥能力将下降；此外，因为在低温高湿的空气中，若物料易腐败或菌污染程度过大，会有腐败的可能。故易腐败的物料不宜采用逆流干燥。（2）顺流隧道式干燥设备基本结构湿端即热端，冷端即干端特点与应用A.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90℃，进一步加速水分蒸发而不至于焦化；B.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。两种干燥设备干燥曲线的比较（3）双阶段干燥设备基本结构顺流干燥：湿端水分蒸发率高逆流干燥：后期干燥能力强，平衡水份低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.输送带式干燥设备(1)多层输送带特点：物料有翻动物流方向有顺流和逆流操作连续化、自动化、生产能力大；减轻装卸物料强度增加了高度，占地少（2）双带式干燥•特点分成两个阶段：第一阶段，区段1，因物料高湿，热空气自下而上；区段2和第二阶段，物料减轻，热空气自上而下，以免吹跑物料；蔬菜脱水干制时，第一阶段，区段1，空气温度可93~127℃，区段2，71~104℃；第二阶段，54~82℃；有利于制成品质优良的产品；占面积大，但投资成本较低；4.气流干燥设备基本结构见图用气流来输送物料使粉状或颗粒食品在热空气中干燥关键的系统有加料器和旋风分离器特点干燥强度大,悬浮状态,物料最大限度地与热空气接触（温度121~190℃）;干燥时间短,，0.5~5秒,并流操作;散热面积小,热效高,小设备大生产;适用范围广,物料(晶体)有磨损,动力消耗大适用对象：水分低于35%~40%、不易结块的物料例如糯米粉、马铃薯颗粒5.流化床干燥设备基本结构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：颗粒或粉粒状食品（固体饮料，造粒后二段干燥）6.喷雾干燥设备喷雾干燥就是将液态或浆状食品喷成雾状液滴，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。（1）喷雾系统使液体形成小液滴，产生大量表面积有利于水的蒸发，常用的喷雾系统主要有三类装置：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。气流喷雾：在压力为150~500kPa的压缩空气经双流体喷头内环孔向外喷射时，将同时来自喷头中心孔的液态分散成雾状液滴；三类雾化器的特点（2）空气加热系统蒸汽加热电加热温度150~300℃食品体系一般在200℃左右（3）干燥室液滴和热空气接触的地方，可水平也可垂直，为立式或卧式，室长几米到几十米，液滴在雾化器出口处速度达50m/s,滞留时间5~100秒，根据空气和液滴运动方向可分为顺流和逆流，干燥时的温度变化空气约200℃，产品湿球温度一般在80℃以下；（4）空气粉末分离系统将空气和粉末分离，大粒子粉末由于重力而将到干燥室底部，细粉末靠旋风分离器来完成；难以分离的细粉要用布过滤器；（5）喷雾干燥的特点蒸发面积大干燥过程液滴的温度低过程简单、操作方便、适合于连续化生产耗能大、热效低（6）喷雾干燥的典型产品奶粉速溶咖啡和茶粉蛋粉豆奶粉酶制剂酵母提取物干酪粉二、接触干燥被干燥物与加热面处于密切接触状态，蒸发水分的能量来自承载物料的表面以传导方式进行干燥，又称传导干燥间壁传热，而不是加热空气来传热，干燥介质可为蒸汽、热油这类设备的常见例子是滚筒干燥机滚筒干燥设备1.基本结构金属圆筒在浆料中滚动，物料为薄膜