脱水加工学讲义讲解学习

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1、1,脫水加工學講義Dehydration Processing Handout,學生姓名:_ 學生學號:_ 授課教師：Dr.陳淑德(0920518028,分機882) E-mail: sdchenniu.edu.tw Office hour: 週一第3、4堂 班級: 食品科學系 進食品三 食品二甲二乙,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, Food processing technology principles and prac

2、tice (2nd Edition), CRC Press偉明圖書有限公司代理 2. Concentration and Drying of Foods. Ed. by Mac. Carthy. Elsevier Apllied Science Publishers LTD. 1986. 3. Industrial Drying of Foods. Ed. by C.G.J. Baker. Blackie Academic & Professional 1997. 4. Singh, R.P.and Heldman, D.P., 2001.3rd Ed. Introduction to Foo

3、d Engineering, Academic Press. Orlando, Florida, USA 偉明圖書有限公司代理,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,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),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

4、 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,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):reverse osmosis (逆滲透), ultra-filtration (超過濾),8,Dehydration (脫水),機械法:利用壓榨、沉降、過濾、離心分

5、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。,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。,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。,11,食品乾燥之應用有兩種,儲藏型：乾燥食品

6、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。,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,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,14,水活性 (water activity),15,水活性 (Aw),Aw的值在01之間 Aw = RH%/100% = P/Po RH%相對濕

7、度(relative humidity):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(absolute humidity): (kg water /kg dry air):空氣中乾空氣和水蒸氣組成。,16,水活性和反應速率,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(moisture sorption isotherm):樣品的平衡含水率和相對濕度間之關係。 Zone I: 結合水牢固結合在食品上，不

8、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。 Zone II: 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。 Zone III:水存在大的毛細管中，水為溶劑。,18,影響微生物的生長因素,Aw Temperature pH Medium (培養基成份),回,19,四種褐變 (browning reaction),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,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)

9、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。,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，Vit E需還沒氧化就先加入)、相乘劑(有機酸),回,22,乾燥食品的包裝中，會添加什麼劑?,海苔 豆干 泡麵,23,等溫吸濕曲線,24,吸濕曲線之滯後現象(hysteresis),25,滯後現象定義和發生原因

10、,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。,26,食品水活性的測定,利用水活性測定儀 康威氏皿 (conways dish: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

11、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。,27,飽和鹽類在25下的相對濕度,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。,29,上題解: 食品的水活性 Aw=0.6,30,水分含量(moisture content),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

12、濃硫酸等乾燥劑(五氧化二磷)以吸收食品中之水分,32,水分含量的表示法,濕基水分含量wet basis moisture content MC (w.b.) (wt-wo) /wt*100 % 乾基水分含量 dry basis moisture content MC (d.b.) (wt-wo) / wo (kgH2O/kg乾物) 無因次水分含量dimensionless moisture content DMC= (wt - wo) / (wi - wo) (值永遠在10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,33,假如洋蔥固形物率10%,現有10k

13、g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-1kg9kg 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 0.44,34,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.

14、5 (kg protein /kg乾物) w.b. = (0.05/1) 100% = 5%,35,乾基和濕基水分含量的換算,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),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

15、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。,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),38,作業: 乾燥時間的預估,乾燥洋蔥的數據如下：(Mi=89.7%) (w.b.) 乾物率=10.3%,(a)

16、請分別以乾燥過程中，洋蔥水分含量(乾基重)與乾燥時間作圖，以求得乾燥曲線。 (b)利用乾燥曲線，將乾燥速率和洋蔥水分含量(乾基重)作圖。請決定Rc、Mc1、Mc2、Mr1、Mr2，並預估洋蔥乾燥後乾基水分含量(M)達0.5時，所需的乾燥時間。,39,Drying curve,CMC,Constant drying rate period,Falling drying rate period,40,食品乾燥之特性,41,食品之水分特性,自由水(free water):鍵結弱，容易利用乾燥加熱，而排除。 毛細管水(capillary water):組織結合強度隨著Aw，而增強，導致乾燥困難。 結合水(bound water):與蛋白質及糖類以氫鍵結合，無法排除水分，但與食品儲藏性無關。,42,食品中可溶性成分之擴散,乾燥初期食品中可溶性成分隨水分蒸發散失而往細胞膜移動但由於其不能像水一樣透過細胞膜造成可溶性成分靠外層濃度較高細胞中間且體積收縮。 至乾燥後期食品靠外層可溶性成