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1、 工艺原理部分 食品工艺学 生存 第十章食品的脱水加工 目录 食品干制方法 干制前的预处理 干制过程中的主要变化 干制的基本原理 干燥保藏的基本原理 干制品的贮藏与复水 概述 第一节干燥保藏的基本原理 图4 1微生物对物理灭菌的敏感性与水分活度的关系 图4 2AW与食品中各种反应速度间的关系 脂肪氧化作用 非酶褐变 水解反应 酶活力 霉菌生长 酵母生长 细菌生长 各种新鲜食品和脱水干制食品的容积 m3 t 1 思考题 北方生产的紫菜片 运到南方 出现霉变 为什么 如何控制 第二节干制的基本原理 干制过程 干制过程的湿热传递 湿物料与含湿气体 物料与空气的湿热平衡 影响湿热传递的因素 湿物料与含
2、湿气体 一 湿物料的状态与物理性质1 湿物料的状态与水分含量2 湿物料的水分活性与吸附等温线3 湿物料的热物理性质 比热容 导热系数 温度传导系数 二 含湿气体 湿物料的水分活性与吸附等温线 食品水分含量 M 与AW的关系 水分吸附等温线 温度与水分吸附等温线 水分吸附等温线的应用 典型食品物料吸附等温线 马铃薯的等温吸附线1 20 2 40 3 60 4 80 5 100 常见食品中水分含量与水分活度的关系 物料与空气间的湿热平衡 一 吸附与解吸等温线p物 p蒸吸附作用p物 p蒸解吸作用p物 p蒸动力学平衡 二 平衡湿度与吸附湿度 鸡肉不同温度下的吸附与解吸等温线 吸附等温线 解吸等温线 影
3、响湿热传递的重要因素 1 食品物料的组成与结构 1 食品成分在物料中的位置 2 溶质浓度 3 结合水的状态 4 细胞结构 2 物料的表面积3 空气湿度4 空气温度5 空气流速6 大气压力或真空度7 物料干燥温度 食品干制过程的湿热传递 一 干燥过程物料水分的变化 二 干制过程特性 1 干燥曲线第一临界水分 平衡水分 2 干燥速率曲线恒率干燥 降率干燥 3 食品温度曲线湿球温度 干球温度干制过程中 湿物料内部同时有水分梯度和温度梯度存在 水分流动的方向由导湿性和导湿温性共同作用 三 干燥机制 干燥机制 温度梯度表面水分扩散到空气中TT T内部水分转移到表面M MFoodH2OM水分梯度导湿性 水
4、分扩散一般总是从高水分处向低水分处扩散 即从内部不断向表面的水分迁移现象 导湿温性 温度梯度将促使水分从高温向低温处转移 1 导湿性 1 水分梯度若用W绝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 n的另一等湿面上的湿含量为W绝 W绝 那么物体内的水分梯度gradW绝则为 gradW绝 lim W绝 n W绝 n n0W绝 物体内的湿含量 即每千克干物质内的水分含量 千克 n 物料内等湿面间的垂直距离 米 n gradW绝 I 图湿度梯度影响下水分的流向 W绝 W绝 W绝 1 导湿性 2 导湿性引起的水分转移量可按照下述公式求得 i水 K 0 W绝 n K 0W绝千克 米2
5、 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 kg干物质 米2 小时 K 导湿系数 米2 小时 0 单位潮湿物料容积内绝对干物质重量 kg干物质 米2 W绝 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 注意 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 物料水分与导湿系数间的关系 恒率干燥阶段 排除的水分基本上为渗透水分 以液体状态转移 导湿系数稳定不变 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 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
6、层水分 导湿系数K m2 h 物料水分W绝 kg kg绝干物质 A C D E 图物料水分和导湿系数间的关系 吸附水分 毛细管水分 渗透水分 导湿系数与温度的关系 启示 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 导湿系数 K 102 K 102 T 290 14 温度 图硅酸盐类物质温度和导湿系数的关系 2 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
7、转移 T T T T n i 内 表面 图温度梯度下水分的流向 n 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 i温 K 0 T n 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 kg干物质 米2 小时 K 导湿系数 米2 小时 0 单位潮湿物料容积内绝对干物质重量 kg干物质 米2 湿物料的导湿温系数 1 或kg kg干物质 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 WT nn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 导湿温性 1 O A B 物料水分W 以上我们讲的都是热空气为加热介质 若
8、是采用其它加热方式 则干燥速率曲线将会变化 思考题 第三节食品在干制过程中的主要变化 一 物理变化溶质迁移干缩表面硬化多孔性热塑性 脱水干燥过程中胡萝卜丁形态的变化 二 化学变化 营养成分的损害蛋白质 碳水化合物 脂肪 维生素色素随物料本身的物化性质改变天然色素 类胡萝卜素 花青素 叶绿素褐变风味热带来一些异味 煮熟味防止风味损失方法 芳香物质回收 低温干燥 加包埋物 第五节食品干制方法 自然干制在自然环境条件下干制食品的方法 如晒干 风干 阴干 人工干制在常压或减压环境中 用人工控制的工艺条件进行干制食品的方法 有专用的干燥设备 空气对流干燥 真空干燥 滚筒干燥等 食品人工干燥方法 箱式干燥
9、 带式干燥 滚筒干燥 流化床干燥 冷冻干燥 喷雾干燥 微波干燥 真空干燥 一 空气对流干燥 2 流动的热空气不断和食品密切接触并提供蒸发水分所需的热量 有时还为载料盘或输送带增添补充加热装置 1 柜式干燥设备 特点 间歇型 小批量 设备容量小 操作费用高操作条件 空气温度 94 空气流速2 4m s适用对象 果蔬或价格较高的食品 作为中试设备 摸索干制特性 确定大规模工业化生产数据 一种柜式干燥机 2 隧道式干燥设备 1 逆流式隧道干燥 2 顺流隧道式干燥 3 双阶段干燥 注意 逆流干燥湿物料载量不宜过多 因为低温高湿的空气中 湿物料水分蒸发慢 物料易腐败或菌污染程度过大 有腐败可能 顺流干燥
10、国外报道只用于干制葡萄 双阶段干燥 取长补短 干燥比较均匀 生产能力高 品质较好 用于苹果片 蔬菜 胡萝卜 洋葱 马铃薯等 还有多段式干燥设备 3 4 5段等 3 输送带式干燥 操作连续化自动化生产能力大 4 气流干燥 用气流来输送物料使粉状或颗粒食品在热空气中干燥适于水分低于35 40 的物料 例糯米粉 马铃薯颗粒 5 流化床干燥 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 粉态食品 固体饮料 造粒后二段干燥 6 仓贮干燥 适于干制已经用其他干燥方法去除大部分水分而尚有部分残余水分需要继续清除的未干透的制品 如将蔬菜半干品水分从10 15 降到3 6 优点 经济 无热
11、损害 7 泡沫干燥 工作原理 将液态或浆质态物料首先制成稳定的泡沫料 然后在常压下用热空气干燥 造泡的方法 机械搅拌 加泡沫稳定剂 加发泡剂特点 接触面大 干燥初期水分蒸发快 可选用温度较低的干燥工艺条件适用对象 水果粉 易发泡的食品 8 喷雾干燥 过程 将液态或浆质态的食品喷成雾状液滴 悬浮在热空气气流中进行脱水干燥目前国内外广泛用于食品工业中奶粉 奶油粉 乳清粉 蛋粉 果汁粉 速溶咖啡 速溶茶等 喷雾干燥器的装置组成 料液 料液供送喷雾系统 液滴 新鲜空气 空气加热输送系统 热空气 气液接触干燥系统 制品分离气体净化系统 废气 干制品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
12、统 鼓风机等主要部分组成 决定喷雾干燥装置特征的主要是料液喷雾系统中的喷雾器和气液接触系统的干燥室 喷雾干燥物料与空气流动方式 常用的喷雾系统 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100 300 m 生产能力和液滴大小通过食品流体的压力控制 离心喷雾 液体被泵入高速旋转盘中 5000 20000rpm 在离心力作用下经圆盘周围的孔眼外逸并被分散成10 500 m雾状液滴 压力喷雾干燥器 D系列压力喷雾干燥器 离心喷雾干燥 各种离心盘 两种离心盘 GPL系列高速离心式喷雾干燥机 LPG 200离心式 二流体喷雾干
13、燥造粒塔 离心盘雾化法 离心喷雾与压力喷雾 结构不同 离心喷雾不用高压也可获得很大的速度 溶液进入旋转盘获得旋转运动 因离心力作用成薄膜状 速度不断增长 向盘边缘移动而喷出微细的雾滴 优良的离心盘要求润湿周边长 使溶液达到高转速 喷雾均匀 离心盘本身结构坚固 质轻 结构简单 无死角 易拆洗 有较大的生产率 目前在工业生产上 采用离心盘的式样很多 对于光滑盘 碟碗式 帽式 有较大的润湿周边 使溶液形成扁平薄膜 利于雾化 结构较简单 缺点是表面平滑 溶液在转盘内产生较大的滑动 不能得到较高喷雾速度 二 滚筒干燥 三 真空干燥 基本结构 干燥箱 真空系统 供热系统 冷凝水收集特点 物料疏松多孔状 能
14、速溶 有时可使物料膨化 适用于 水果片 颗粒 粉末 如麦乳精 四 冷冻干燥 冷冻干燥的概念冷冻干燥特点冷冻干燥的历史冻干过程 预冻 主冻干 后冻干冻干机的组成基本冻干方法 冷冻干燥的概念 把含有大量水分的物质预先进行降温冻结成固体 然后在真空条件下使水蒸汽直接升华 物质本身剩留在冻结时的冰架中 干燥后体积不变 疏松多孔 冻干后的产品结构 冷冻干燥的历史 它是一门古老的现代技术 诞生早 1811年诞生 用于生物体的脱水 1813年 真空低温条件下 水容易汽化 1909年 用于保存菌种 病毒和血清 1911年 冻干比其他方法干燥活菌数高 1935年 首次在真空冻干过程中采用主动加热方法强化升华干燥
15、 时间短 1940年 冻干人血浆开始进入市场 1942年 用于医药工业 血液制品和抗生素 1943年 最原始的真空冻干燥食品设备出现在丹麦 冻干过程 冷冻干燥过程包含三个步骤 预冻 为升华过程准备样品 将产品冻到凝固点以下10 20 主冻干 冰升华而不融化 后冻干 键和于固体物质的残留水分被除去 从而留下干燥样品 冻干机的组成 按系统分致冷系统 真空系统 加热系统 和控制系统四个主要部分 按结构分冻干腔体 冷凝器或称冷阱 压缩机 真空泵和阀门 电气控制元件等 如图是冻干机组成示意图 基本冻干方法 1 方法A 在冷阱中的有温度控制的搁板上进行冻干 单腔 基本冻干方法 2 方法B 在冷阱外的有温度
16、控制的搁板上分别进行冻干 双腔 基本冻干方法 3 方法C 在多岐管中进行冻干 双腔 基本冻干方法 4 基本冻干方法 5 基本冻干方法 6 基本冻干方法 7 基本冻干方法 8 五 微波干燥 微波常用材料 微波常用到材料分为导体 绝缘体 介质 磁性化合物 1 导体像铜 银 铝等金属能反射微波 微波系统中常用的传输装置 波导管 由铝或黄铜制成 2 绝缘体可以穿透并部分反射微波 吸收微波功能较小 微波系统中使用玻璃 陶瓷云母 聚四氟乙烯 聚丙烯等作绝缘体 3 介质介于金属和绝缘体之间 具有吸收 穿透和反射性能 被处理的物料通常是不同程度吸收微波能的介质 吸收微波 并转变为热量 4 磁性化合物性能像介质材料 反射 吸收和穿透微波 微波干燥器漏波示意图 思考题 第六节干制品的贮藏和复水 干制品 包装贮运 终水分 贮期变化 包装贮运前预处理 干制品终水分 一 粮谷类和豆类 AW0 60 0 80 二 鱼干 肉干类 AW低于0 75 三 乳制品 四 脱水蔬菜 AW0 10 0 35 五 脱水水果 AW0 65 0 60 六 中湿食品 AW0 60 0 90 干制品包装储运前的预处理 均湿分级除杂除虫压
