干制保藏教材课程

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1、5食品干藏,本章学习目的与要求 1掌握食品干藏的原理 2了解食品的干制过程 3熟悉食品常用的干燥方法 4了解食品干制过程中发生的变化,干制保藏的概念 食品的干制保藏是指将食品的水分降低至足以使食品能在常温下长期保存而不发生腐败变质的水平，并保持这一低水平的食品保藏过程。 干制的目的 延长保藏期; 干制后，食品重量大大减少、液体食品变为固体食品、食品的体积也会或多或少地减小（冷冻升华干燥等除外），使得食品的贮运费用减少，贮藏、运输和使用变得比较方便。 干制后，食品的口感、风味发生变化，可产生新的食品产品。 干藏与干制的关系,概述,5.1干藏原理,5.1.1.1水的作用及水分活度 水是微生物生长活

2、动的必需物质，微生物只能在有水溶液存在的介质中才能生长。 介质中水溶液的浓度只要处于0-100%之间就会有微生物生长，但浓度不同时，生长的微生物种类不同。 细菌、酵母只有在含水量达30%以上的食品中生长，而霉菌在水分低至12%以下，甚至5%时还能生长。 通常引起干制品腐败变质的微生物是霉菌。,5.1.1水分和微生物的关系,水分活度（aw）的定义为食品表面测定的蒸汽压（ ）与相同温度下纯水的饱和蒸汽压（ ）之比。 此定义仅适合于热力学平衡下的理想溶液。由于大多数食品不符合理想溶液的假设，因此，依据蒸汽压测量计算出的水分活度仅仅是一个近似值。,5.1.1.2影响水分活度的因素 （1）温度 同一食品

3、处于不同温度时，其水分活度是不同的。 （2）环境 （3）物质自身特性,5.1.1.3最低水分活度 任何一种微生物都有其适宜生长的水分活度范围，这个范围的下限称为最低水分活度，当水分活度低于这个极限值时，该种微生物就不能生长、代谢和繁殖，最终可能导致死亡。 微生物的种类不同，其最低aw不同； 大多数重要的腐败菌在水分活度0.90以下停止生长; 细菌芽孢的形成要比营养细胞发育需要更高的水分; 产毒菌的毒素产生量一般亦随水分活度的降低而减少。 此外，微生物对水分的要求还受环境条件的影响。,各种微生物的最低水分活度,新鲜食品的aw大多在0.99以上，对各种微生物均适宜，但最先导致牛乳、肉等低酸性食品腐

4、败的是细菌。 只有将aw降到0.75以下，食品腐败变质的速度才能显著减慢。 为了延长干制品的储藏期，必须将其aw降到0.7以下。但在室温下，即使aw降到0.7以下，一些霉菌仍会缓慢生长。在水分活度低，而糖分高的食品中也常会有耐渗透压的酵母出现。 Aw降至0.65时，能生长的微生物很少，食品可贮存1.5-2年。 决定食品干制工艺参数时，首先应考虑aw的低限，同时，将食品的种类、贮藏条件、贮藏期要求等因素考虑在内。,干制并不能将微生物全部杀死； 干制过程中，食品及其污染的微生物均同时脱水，使微生物处于休眠状态。 虽然微生物能忍受干制品中的不良环境，但在干藏过程中微生物的总数会慢慢下降； 因为微生物

5、发生了“生理干燥现象”。干制品复水后，只有残存的微生物能复苏再次生长。 微生物的耐旱能力随菌种及生长期的不同而异； 若干制品污染有致病菌、寄生虫，因其能忍受不良环境，有对人体健康构成威胁的可能，应在干制前先行杀灭。,5.1.2干制对微生物的影响,食品中固有的酶同样需要有水分才具有活性。 随着食品中水分含量的降低，酶的活性亦随之下降；然而随着水分的减少，酶与基质的浓度同时增加，酶促反应随它们的增浓而加速。 在低水分干制品中，酶仍会缓慢活动，时间一长，仍有使食品品质恶化或变质的可能。 只有当干制品的水分含量在1%以下时，酶才会完全失活。但对绝大多数食品来说，如将水分降至1%以下，会影响其风味和复水

6、性。 因此，在干制食品前常常设法使酶钝化、失活。,5.1.3干制对酶的影响,干制对氧化反应、非酶褐变等化学反应均有影响。 对于脂质氧化反应，当食品的水分活度小于单分子吸附水所对应的水分活度时，脂质氧化反应速度随水分活度的降低而增大；当食品的水分活度大于该值时，脂质氧化反应的速度随水分活度的降低而减小。 非酶褐变有一适宜的水分活度范围，该范围与干制品的种类、温度、pH及Cu、Fe 2等因素有关。,5.1.4 干制对其他变质因素的影响,图51食品中变质速度与 水分活度的函数关系,5.2食品干制的基本原理,通常食品中的水分分为结合水分与非结合水分两大类。 结合水与非结合水的根本区别是其表现的蒸汽压不

7、同。 非结合水与纯水相同，其蒸汽压即为同温度下纯水的饱和蒸汽压。 结合水分因化学和物理化学力的存在，所表现出的蒸汽压低于同温度下的纯水的饱和蒸汽压。 食品脱水干制时，最先除去的即是非结合水分。当水分减少，非结合水不存在时，被除去的首先是结合较弱的水分，其次是结合较强的水分。,5.2.1食品中的水分,在一定的空气条件下，某食品在干制或吸湿过程中水分状态的变化可以在食品平衡水分和相对湿度的关系图中有所反映。,食品平衡水分和相对湿度的关系,通常食品的水分含量是不会超过其吸湿水分的，只有当食品直接与水接触时，其水分含量才会超过吸湿水分，呈潮湿状态。这部分超过吸湿水分的食品水分称为湿润水分，即非结合水分

8、。,蒸发水分 干制过程中食品水分从湿润水分下降到和空气状态相对应的平衡水分时所失去的水分为蒸发水分。所处的区域则为脱水干制区，即图中的B区和C区。 食品水分从吸湿水分下降到空气状态所对应的平衡水分所处的区域范围则称为去湿区，即图中B区。 自由水分 所有能被指定状态的空气带走的水分称为自由水分。,平衡水分 食品中不能为指定状态的空气带走的水分则称为平衡水分。 平衡水分即该食品在指定空气条件下物料被干燥的极限。 结合水分与非结合水分，平衡水分与自由水分是两个不同的概念范畴。 水分结合与否与物质本身的性质有关，与空气的状态无关； 而平衡水分与自由水分除了与物质本身的性质有关外，还与接触的空气状态有关

9、。,食品干制通常是以空气为干燥介质的。在稳定空气流中食品干制过程的特性可由干燥曲线、干燥速度曲线及食品温度曲线来描述。 食品不同，曲线的形状因水分和物料结合形式、水分扩散历程、物料结构及形状大小不同而异，但这些曲线的主要特征是一致的。归纳起来食品的干制过程可分为干燥初期、恒速干燥阶段和降速干燥三个阶段。,图522食品干制过程曲线 1.干燥曲线 2.干燥速度曲线 3.食品温度曲线,5.2.2 食品干制过程的特性,（1）干燥初期（AB段） 即被干燥食品的一个预热阶段。食品温度至与空气状态相对应的湿球温度，食品含水分量沿曲线逐渐下降，干燥速度从零最高值。 这一阶段持续的时间长短取决于物料的厚度。,（

10、2）在恒速干燥阶段（BC段） 干燥速度恒定不变； 食品含水量随干燥时间的延长而直线下降； 食品温度（t食）不随时间的变化而变化，等于空气状态对应的湿球温度。 因此，即使在高温下容易变质、破坏的物料，亦可采用较高的空气温度来加速水分的蒸发。 此阶段持续的长短与食品含非结合水分的多少及食品内部水分扩散情况有关。,（3）降速干燥阶段 食品干制到某一水分，即第一临界水分时，干燥速率减慢，进入降速干燥阶段（CDE段）。 临界水分含量与物料本身的结构、分散程度有关，也受干燥介质条件的影响。 食品温度（t食）会不断上升，直至空气的干球温度； 食品含水量（W食）的下降逐渐减慢，并按渐近线向平衡水分靠拢； 食品

11、干燥速度（dW食/d）会迅速下降，当W食W平衡时，食品干燥速度（dW食/d）等于零。,引起干燥速度下降的原因,实际汽化表面减小。 随着汽化表面的内移，传热、传质途径加长，阻力增大，造成干燥速度下降。 食品表面的水分蒸汽压下降。 物料内部的水分扩散速率低于水分的汽化速率。 对于非多孔性物料，蒸发面不可能内移，当表面水分除去后，干燥速率取决于固体内部的水分扩散。内扩散是一个很慢的过程，且扩散速率随含水量的减少而下降。,由于降速干燥末期，食品温度会逐渐上升到空气的干球温度。过高的温度会影响干燥食品的品质，因此在干燥末期食品表面水分蒸发接近结束时，应设法降低食品表面水分蒸发率，使它能和逐步降低了的内部

12、水分扩散率一致，以免食品表面层受热过度，导致不良后果。,5.2.3.1 影响湿热传递的因素 （1）物料的颗粒大小 为了提高干燥速率，通常在干制前将大块的食品分割成小块或薄片。 食品与外界环境进行湿热交换的表面积增大； 缩短了热量向食品中心传递和水分从食品中心外移的距离。 （2）干燥介质的温度 传热速率方程式： 传热介质与食品间的温度差越大，传热的速率越快，水分蒸发的速度因而加快。 但当加热介质为空气时，单纯提高空气温度，其作用有限。,5.2.3干制过程的湿热传递及其影响因素,（3）空气流速 以空气为加热介质和干燥介质时，加速空气的流速可以加快干燥的速度。 （4）空气相对湿度 以空气作干燥介质时

13、，食品干燥的条件是空气的水分分压应低于食品表面的水分蒸汽压。 空气的相对湿度越低，则食品表面与干燥空气之间的水蒸汽压差越大，传质速度也就越快。 空气的相对湿度除了能够影响湿热传递的速度外，还决定了食品的干燥程度。,(5)真空度 在真空条件下采用与常压下同样的加热强度干燥食品，可以加速食品的干燥、得到质地较疏松的产品； 干制可以在较低温度下进行，对于热敏性食品的脱水干制尤其重要。,5.2.3.2食品干制过程的湿热传递 (1) 物料的给湿过程 给湿过程 当物料的水分含量高于吸湿水分时，物料表面的水分受热向周围介质中扩散，而物料表面又被其内部向外扩散的水分所湿润。此时，水分从物料表面向外扩散的过程称

14、为给湿过程。 给湿过程的干燥强度大于自由液面水分蒸发强度 给湿过程的水分蒸发与自由液面的水分蒸发相似，但食品表面粗糙，水分蒸发面积大于其几何面积； 毛细管多孔性物料内部也有水分蒸发,给湿过程水分蒸发强度可以用下列公式进行计算：,W 食品表面水分蒸发强度，kg/m2hr P0w 和潮湿物料表面湿球温度相对应的饱和水蒸汽压，mmHg Pv 空气的水蒸汽压，mmHg C 潮湿物料表面的给湿系数,kg/m2hrmmHg,可按C= 0.0229+0.0174v 进行计 ，空气垂直流向液面时值加倍 。 v空气流速，m/s B大气压，mmHg 由上式可见，给湿过程的水分蒸发强度主要取决于空气的温度、相对湿度

15、、流速以及食品表面向外扩散蒸汽的条件（如蒸发面积和形状等）。,(2) 物料内部水分的扩散过程 导湿过程 在水分梯度的作用下，食品内部水分将以液体或蒸汽形式由高水分区域向低水分区域迁移，这就是所谓的导湿过程。,导湿过程中的水分迁移量可以按下列公式计算： S水 物料内单位时间单位面积上的水分迁移量，kg/m2hr K导湿系数，m2/hr 0单位潮湿物料容积内绝干物质重量，kg干物质/ m3 水分梯度，kg/kg干物质m 式中，负号表示水分迁移方向与水分梯度方向相反。,水分梯度和水分流向的关系,导湿系数K在干燥过程中并不是一个定值，它随物料结合水分的状态而变化的。 K与温度也有关，K值与温度的n次方

16、成正比，n值通常在10-14之间。,图56物料水分和导湿系数间的关系 I.吸附水分 .毛细管水分 .渗透水分,导湿温性 在对流干燥过程中，物料表面的温度常常高于物料中心的温度，在物料内部建立起一定的温度差。 温度梯度会促使水分从高温处向低温处转移。这种现象称为导湿温性，又叫雷科夫效应。 导湿温性是在许多因素影响下产生的复杂的现象： 首先，高温会使水分的蒸汽压升高，促使水分以蒸汽的形式向温度低处转移； 其次，由于表面张力随温度的升高而降低，从而使毛细管势增加，水分就以液体形式由较热进到较冷层。 再者，在温差的作用下，由于毛细管内挤压空气扩张的作用会使毛细管水分顺着热流方向转移。,由导湿温性所引起的水分转移量可以用下式计算： S温物料内单位时间单位面积上的水分迁移量，kg/m2hr 湿物料的导湿温系数，即温度梯度为1/m时，物料内部建立起来的水分梯度 。 温度梯度，/m2 导湿温系数取决于食品的含水量与物性。,S温K0,图 57导湿温性和物料水分的关系,一般说来，干制过程中湿物料内