脱水加工学讲义

NIU陳淑德1脫水加工學講義DehydrationProcessingHandout學生姓名:__________________學生學號:__________________授課教師：Dr.陳淑德(0920518028,分機882)E-mail:[e-mail]:週一第3、4堂班級:食品科學系進食品三食品二甲二乙NIU陳淑德2書籍教科書目：1.食品加工學保藏篇賴滋漢等編富林出版社1992臺中市復興路四段281-4號Tel:04-2206316參考書目：1.Fellows,P.J.2000,Foodprocessingtechnologyprinciplesandpractice(2ndEdition),CRCPress偉明圖書有限公司代理2.ConcentrationandDryingofFoods.Ed.byMac.Carthy.ElsevierAplliedSciencePublishersLTD.1986.3.IndustrialDryingofFoods.Ed.byC.G.J.Baker.BlackieAcademic&Professional1997.4.Singh,R.P.andHeldman,D.P.,2001.3rdEd.IntroductiontoFoodEngineering,AcademicPress.Orlando,Florida,USA偉明圖書有限公司代理NIU陳淑德3教學目的介紹水活性和食品乾燥之基本概念乾燥曲線和乾燥時間的預估乾燥前處理溫濕圖和熱風乾燥之計算及設計乾燥之操作方法乾燥食品的應用乾燥食品的包裝貯存NIU陳淑德4上課及成績計算方式上課方式：課堂講解、作業、市場產品調查及小考和考卷檢討。考試及成績計算方式：期中考佔25%期末考佔25%平時成績佔50%(包括:小考、出席和上課表現、作業和報告)NIU陳淑德5課程計畫週次內容週次內容一簡介脫水食品之歷史、展望十檢討期中考考卷、離心過濾壓榨二水活性和食品乾燥的關係十一空氣溫濕圖和熱風乾燥機之設計三水分含量之計算、乾燥曲線十二食品乾燥方法與應用(I)四食品乾燥之特性和原理十三食品乾燥方法與應用(II)五乾燥時間之預估&Quiz1十四食品乾燥方法與應用(III)&HW2六固体食品之前處理(I)HW1十五乾燥食品之品質變化&Quiz2七固体食品之前處理(II)十六乾燥食品之貯存和包裝&HW3八液体食品之蒸發及膜處理十七市場調查報告(HW4)九期中考十八期末考NIU陳淑德6市售乾燥食品農產品:穀類、金針、香菇、蜜餞、粉料、調味料、果汁粉、(飼料)、米粉乳製品:奶粉、起司粉畜產品:肉鬆、肉乾水產品:蝦米、魚干、海苔、海菜休閒食品:米果、蝦餅、乖乖、早餐穀類食品、餅乾、爆米花、茶、咖啡保健食品:靈芝、樟芝、冬蟲夏草膠囊泡麵故乾燥為食品工業中應用最廣的單元操作。回NIU陳淑德7專有名詞之比較Dehydration(脫水、去濕)Drying(乾燥)Concentration(濃縮)Evaporation(蒸發)Crystallization(結晶)Membrane(膜處理):reverseosmosis(逆滲透),ultra-filtration(超過濾)NIU陳淑德8Dehydration(脫水)機械法:利用壓榨、沉降、過濾、離心分離除水。屬於固、液相分離過程、不發生相的變化、耗能少、費用低，但水分不能完全去除。物理法:利用吸濕性物質如:石灰、無水氯化鈣、矽膠等吸附物質中的少量的水分。熱能法:借助於熱能使物質中的水分汽化，並將水蒸氣排除。通常會發生水分相的變化、耗能大、費用高，但物質中水分去除較為徹底。NIU陳淑德9食品脫水之定義藉蒸發(evaporation)或昇華(sublimation)去除水分，以降低食品之水活性。NIU陳淑德10食品乾燥之目的抑制微生物、酵素及食品間成分分子之反應，以提高食品之保存性及簡便性。減少重量、體積便於運輸和儲存。賦予特殊風味以開發新乾燥食品。NIU陳淑德11食品乾燥之應用有兩種儲藏型：乾燥食品需復水與新鮮者相似。加工型：食品乾燥後已完全食品本來之特性，而給與食品另一種新風味、特性。請想想市售乾燥食品是屬於儲藏型或加工型乾燥食品。NIU陳淑德12乾燥食品之歷史演進古代至今為日曬、風乾(1600)熱風乾燥(1800)罐頭食品(1930)冷凍食品(1950)冷凍真空乾燥食品(1960)微波乾燥食品NIU陳淑德13乾燥食品之展望開發新加工型乾燥產品。開發新乾燥方法。降低成本，提高品質。穀類飼料奶粉全世界三大乾燥食品之產業NIU陳淑德14水活性(wateractivity)NIU陳淑德15水活性(Aw)Aw的值在0~1之間Aw=RH%/100%=P/PoRH%相對濕度(relativehumidity):濕空氣之水蒸氣分壓和同一溫度下飽和水蒸氣壓的比值，P:密閉容器中空隙部分食品的水分分壓，Po:該溫度下純水的飽和蒸氣壓絕對濕度(absolutehumidity):(kgwater/kgdryair):空氣中乾空氣和水蒸氣組成。PPPPPXwT760*621.0)(2918NIU陳淑德16水活性和反應速率NIU陳淑德17水活性微生物(細菌、酵母菌、黴菌)、水解、(非)酵素性褐變的反應速率隨水活性減少而降低。油脂氧化速率在Aw=0.35最低。等溫吸濕曲線(moisturesorptionisotherm):樣品的平衡含水率和相對濕度間之關係。ZoneI:結合水牢固結合在食品上，不會發生反應，為單層水會受食品表面結構、化學成分和水物理等影響。ZoneII:存在於小的毛細管內，具鬆緩的多層結合，其水的能量受冷凝力支配。ZoneIII:水存在大的毛細管中，水為溶劑。NIU陳淑德18影響微生物的生長因素AwTemperaturepHMedium(培養基成份)回NIU陳淑德19四種褐變(browningreaction)酵素性褐變(多酚氧化酶)梅納反應焦糖化反應維生素C氧化回NIU陳淑德20油脂氧化和水活性的關係Aw高時，因水分含量多，使金屬離子增加溶透與溶解能力，催化油脂氧化。Aw在0.35時，水份單層覆(monolayer)於食品的表面，故油脂(沒辦法接觸)與金屬離子水合作用。蛋白質的疏水基和油脂產生鍵結而蛋白質的親水基則和水產生作用。Aw很低，沒水時，油脂暴露在空氣中，易氧化。NIU陳淑德21降低油脂氧化的方法減少氧氣濃度(如:真空包裝、吸氧劑；海綿蛋糕用吸氧劑又稱活性包裝。)降低金屬離子濃度(鐵離子)(螯合劑如:EDTA、有機酸)保持適當的水活性(保持在Aw=0.35下，油脂氧化最低。)選擇良好的抗氧化劑(如：BHA，BHT，VitE需還沒氧化就先加入)、相乘劑(有機酸)回NIU陳淑德22乾燥食品的包裝中，會添加什麼劑?海苔豆干泡麵NIU陳淑德23等溫吸濕曲線NIU陳淑德24吸濕曲線之滯後現象(hysteresis)NIU陳淑德25滯後現象定義和發生原因定義:在一定的Aw下，去吸附作用水份含量大於再吸收水分含量。發生原因:(1)因有一些水分與非水溶性成份作用，讓去吸附和水份產生鍵結，沒辦法釋放水份。(2)再吸收作用時，造成某些非水溶性的變質，所以無法再吸收水分。NIU陳淑德26食品水活性的測定利用水活性測定儀康威氏皿(conway’sdish:內室內徑31mm，外室內徑71mm，高度15mm，附固定夾)畫出重量增減百分率和相對濕度的關係圖(1)康威氏皿的上蓋、下皿的邊緣有磨砂口，可塗凡士林密合，外面再用夾子弄緊。(2)由於不同的飽和鹽類會呈現不同的相對濕度環境，故要使系統緊密，方不受外面不同的相濕度而干擾。(3)樣品在水活性低的環境是會減重，相反是增重，故在康威氏皿中，樣品重量不增減時的相對濕度，即求此樣品之水活性。NIU陳淑德27飽和鹽類在25℃下的相對濕度飽和鹽類醋酸鉀氯化鎂碳酸鉀硝酸鎂氯化鈉氯化鉀硝酸鉛RH%23334151758197NIU陳淑德28例題：今若有樣品利用下列三種飽和鹽類置於康威氏皿中，測得在25℃時重量變化數據如下，先將重量增減百分率和飽和鹽類的相對濕度作圖，再求樣品重量不增減時的相對濕度，即求此樣品之水活性。飽和鹽類醋酸鉀(23%)氯化鈉(75%)硝酸鉛(97%)樣品初重(g)0.8551.2001.400樣品於康威氏皿24hr後重(g)0.6501.3251.735重量增減百分率(%)-241024NIU陳淑德29上題解:食品的水活性Aw=0.6-30-20-1001020300%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%RH%weightchange(%)NIU陳淑德30水分含量(moisturecontent)NIU陳淑德31水分含量測定測定的原理為將定量的樣品加熱乾燥，則水分會蒸發，而乾燥前和乾燥後重量差作為水分含量。通常測量水分之設備:105℃常壓烘箱紅外線加熱乾燥器70℃減壓烘箱微波乾燥機利用濃硫酸等乾燥劑(五氧化二磷)以吸收食品中之水分NIU陳淑德32水分含量的表示法濕基水分含量wetbasismoisturecontentMC(w.b.)＝(wt-wo)/wt*100%乾基水分含量drybasismoisturecontentMC(d.b.)＝(wt-wo)/wo(kgH2O/kg乾物)無因次水分含量dimensionlessmoisturecontentDMC=(wt-wo)/(wi-wo)(值永遠在1~0之間)wt:乾燥時間為t時之樣品重wi:樣品初重wo:樣品固形物(乾物)重NIU陳淑德33假如洋蔥固形物率10%,現有10kg洋蔥，置於80℃熱風乾燥機中乾燥1hr後重量變5kg，求濕基、乾基及無因次水分含量？固形物:10kg×10%＝1kg水分:10kg×90%＝9kg或10gk-1kg＝9kg80℃熱風乾燥1小時後重量wt＝5kg(1)w.b.＝(5-1)/5×100%=80%(2)d.b.＝(5-1)/1＝4(kgH2O/kg乾物)(3)D.M.C.＝(5-1)/(10-1)＝4/9＝0.44NIU陳淑德34今有樣品1kg，其中水分含量(w.b.=90%)，若樣品中分析得知蛋白質為0.05kg或分別以乾濕基表示蛋白質之含量。固形物1kg×10%=0.1kgd.b.=0.05/0.1=0.5(kgprotein/kg乾物)w.b.=(0.05/1)×100%=5%NIU陳淑德35乾基和濕基水分含量的換算%100*1dbdbwbMCMCMCwbwbdbMCMCMC100例:請將85%濕基水分含量轉換乾基水分含量。(5.67(kg水/kg乾物))NIU陳淑德36乾燥曲線的測定取5克樣品，精秤後，置於鋁箔盤上，放入105℃烘箱中進行乾燥至恆重後，取出放入玻璃乾燥器中冷卻10分鐘，再精秤，以決定水分含量(%)。將新鮮樣品切成小片，精稱八份5克樣品分別置於已貼有標籤鋁箔盤中，再放於70℃熱風乾燥機中進行乾燥，乾燥時間分別為15，30，45，60，75，90，105和120分鐘。待乾燥時間到達時，再取出含樣品的鋁箔盤精稱，再得知此時的樣品淨重。計算和記錄不同乾燥時間下，樣品的濕基、乾基和無因次水分含量。並分別將樣品的乾基水分含量和乾燥時間作圖，及無因次水分含量和乾燥時間作圖以求得乾燥曲線。NIU陳淑德37由乾燥速率曲線預測乾燥時間恆率期:Mi：起始水分含量(db)；M：臨界水分含量(db)；Rc：恒率期乾燥速率進入第一減率乾燥期M：第一減率期的水分含量(db)進入第二減率乾燥期Mc1，Mc2：第一、二減率期的臨界水分含量(db)Mr1，Mr2：第一、二減率期的殘留水分含量(db)M：第二減率期的水分含量(db)RcMMitMMcRcMcRcMcMitln222ln)1222)(11(1211ln)11(MrM