2N食品工艺学 第二章食品的脱水

第二章食品的脱水内容概述第一节食品干藏原理第二节食品的干燥机制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与贮藏概述一、食品的脱水加工（dehydration）1脱水加工的概念脱水加工就是在不导致或几乎不引起食品性质的其他变化的条件下，从食品中除去水分。2脱水加工的操作类型依据脱水的程度，脱水加工可分为两种类型：–浓缩(concentration)：产品是液态，其中水分含量较高15%，如浓缩果汁40-70%–干燥(drying)：产品是固体，最终水分含量低15%，如果汁粉、奶粉、粉状咖啡浓缩往往是干燥操作的前处理工序3食品脱水的原理依据食品组分的蒸汽压不同：在常温下或真空下加热让水分蒸发，而达到分离去除水分至固体或半固体的目的—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—浓缩。超滤超滤：有压力驱动的膜分离过程，能截留小胶体粒子、大分子物质，超滤膜孔径为0.01-0.1微米，操作压力为0.1-1MPa。主要用于物料的分离纯化和浓缩特点：冷操作，蛋白质不会变性；奶粉的生产乳清蛋白的回收果汁的澄清反渗透反渗透的原理反渗透的特点反渗透的例子果汁浓缩食品脱水加工是指: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。4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，方便性；为了食品的贮藏和延长保藏期；这就是干燥保藏。奶粉红枣葡萄干香菇、笋干5食品干燥保藏/干藏定义：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。干制食品在室温下一般可贮存一年或一年以上6食品干藏的历史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，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）同时出现。7食品干藏的特点自然干制：简单易行、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，高效节能第一节食品干藏原理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。花生油M0.6％时变质淀粉M20％不易变质鲜肉与咸肉鲜菜与咸菜（一般80%左右）一食品中水分存在的形式结合水/被束缚水Immobilizedwater是指不易流动、有结合力固定、不易结冰（－40℃），不能作为外加溶质的溶剂；游离水/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。结合水与自由水的区别游离水和结合水可用水分子的逃逸趋势（逸度）来反映。食品中水分被利用的难易程度主要是依据水分结合力或程度的大小而定，游离水或自由水最容易被微生物、酶和化学反应所利用，而结合水难以被利用，结合力或程度越大，则越难以被利用。见Flash1二水分活度1.定义可用水分子的逃逸趋势（逸度）来反映游离水和结合水的区别。食品中水的逸度与纯水的逸度之比称为水分活度AW（wateractivity)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。食品加工中，水分活度通常定义为食品表面测定的水蒸气压（P）与相同温度下纯水的饱和蒸汽压（P0）之比，是一个近似值。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）蒸汽压与相对湿度有关，因而Aw与环境的平衡相对湿度（ERH，Equilibriumrelativehumidity）也相关。Aw=P/P0=ERH/100测定相对湿度使用水分活度测定仪注意：1.Aw是食品的固有性质，反映了食品中水分的结合状态；而ERH反映了与食品相平衡时周围的空气状态或大气性质。2.当水分含量很低时，测量结果不准确。水分活度数值的意义Aw=1的水就是自由水（或纯水），指可以被利用的水；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.Aw大小的影响因素温度；取决于水存在的量；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FoodMoisturecontent(%)WateractivityIce1001.00Ice1000.91Ice1000.82Ice1000.62Freshmeat700.985Bread400.96Marmalade350.86Wheatflour14.50.72Raisin270.60Macaroni100.45Boiledsweets3.00.30Biscuuits5.00.20Driedmilk3.50.11Potatocrisps1.50.08表2-1常见食品中水分含量与Aw的关系0℃-10℃-20℃-50℃3.水分含量（M）与水分活度（Aw）在恒定温度下，食品中水分含量（M）与水分活度（Aw）之间的关系曲线称为该食品的水分吸附等温线（Moisturesorptionisotherms，MSI）。吸附：当食品表面水分蒸汽压低于空气蒸汽压时，空气中的水蒸气会不断向食品表面附近扩散，食品从它表面附近的空气中的吸收水蒸气而增加水分；解吸：当食品水蒸汽压大于空气蒸汽压时，食品中的水分就蒸发，蒸汽压相对下降，水分含量降低；吸附和解吸的最终结果都是食品表面附近蒸汽压和空气蒸汽压相平衡。水分吸附等温线-高水分含量（反向L）00.20.40.60.81.0（Aw）806040200含水量%水分吸附等温线-低水分含量（反S）含水量的小幅变化会导致Aw的大幅度增加I区：第一转折点前(水分含量1%)，离子或偶极作用，单分子层吸附水(单层水分)；II区：第一转折点与第二转折点之间(水分含量5%)，氢键，多分子层吸附水(多层吸附水)；III区：第二转折点之后(水分含量＞95%)，在食品内部的毛细管内或间隙内的游离水(自由水或体相水)00.250.50.81.0（Aw）含水量I区II区III区（Ⅲ）自由水或体相水，是食品中结合得最弱，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截留的水。这种水很易通过干燥被除去或易结冰，可作为溶剂，容易被酶和微生物利用，造成食品腐败，通常占95%以上；（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；（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。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；相同水分含量，水分活度随温度增高而增大；相同水分活度，水分含量随温度升高减小。食品种类对水分吸附等温线的影响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高糖及可溶性小分子且无高聚物的食品的MSI呈J形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解吸等温曲线；吸附等温线和解吸等温线两者之间除首尾之外不能重合，且在相同水分含量下，解吸等温线中的Aw比吸附等温线中低，这种现象称为吸附滞后现象。滞后环的形状取决于食品的类型和温度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:复水过程吸附等温线滞后现象的意义吸附和解吸等温线有滞后圈，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食品加工中就是干燥和复水的过程，这也是干制食品的复水性为什么下降的原因。注意：还没有完全了解所有的相互作用机制。三水分活度对食品保藏性的影响水分活度和微生物生长活动的关系水分活度对酶活力的影响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。大多数重要的食品腐败细菌所需的最低Aw都在0.9以上。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0.6以下食物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食品中水分活度与微生物生长Aw＜0.85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过氧化物，干扰了它们的分解：另外还同催化氧化反应的金属离子发生水化作用，从而显著地降低了催化效率。Aw超过0.4时氧化速度增加，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。3.水分活度对氧化反应的影响0.20.40.60.8Aw水分活度对非酶褐变反应的影响食品在Aw在0.4-0.8之间最适合非酶褐变Aw无法完全抑制褐变第二节食品干燥机制一、干燥机制（湿热的转移）二、干制过程的特性三、影响干制的因素四、合理选用干制工艺条件一、干燥机制干燥是指食品在热空气中受热蒸发进行脱水的过程在干燥时存在两个过程：食品中水分子从内部迁移到与干燥空气接触的表面（内部转移），当水分子到达表面，根据空气与表面之间的蒸汽压差，水分子就立即转移到空气中（外部转移）——水分转移；热空气中的热量从空气传到食品表面，再由表面传到食品内部——热量传递；食品的干燥过程是一个湿热转移过程FoodH2O（2）温度梯度ΔT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。表面水分扩散到空气中内部水分转移到表面（1）水分梯度ΔM干制过程中潮湿食品表面水分受热后首先由液态转化为气态，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。MM-ΔMTT-ΔT干燥过程湿热传递的模型1.导湿性（1）水分梯度若用M表示等湿面水分含量（kg/kg干物质），则由内到外沿法线方向相距Δn的另一等湿面上的水分含量为M+ΔM，那么物体内的水分梯度gradM为：gradM=lim（ΔM/Δn）=әM/әnΔn→0M-物体