食科第四章食品的干燥

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1、1,第四章 食品的干燥,2,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,3,第五章 食品的干燥,概述 第一节 食品干藏原理 第二节 食品的干制过程 第三节 干制对食品品质的影响 第四节 食品干燥方法 第五节 干制品的包装和贮藏,4,概 述,食品干藏 脱水制品在它的水分降低到足以防止腐败变质的水平后，始终保持低水分进行长期贮藏的过程。 干燥 是在自然条件或人工控制条件下促使食品中水分蒸发的工艺过程。 脱水 是为保证食品品质变化最小，在人工控制条件下促使食品水分蒸发的工艺过程。 浓缩(concentration)

2、产品是液态，水分含量较高。 干燥(drying)产品是固体，最终水分含量低,5,干燥的目的,1、延长贮藏期 - 经干燥的食品，其水分活性较低，有利于在室温条件下长期保藏，以延长食品的市场供给，平衡产销高峰; 2、用于某些食品加工过程以改善加工品质 - 如大豆、花生米经过适当干燥脱水，有利于脱壳(去外衣)，便于后加工，提高制品品质；促使尚未完全成熟的原料在干燥过程进一步成熟; 3、便于商品流通 - 干制食品重量减轻、容积缩小，可以显著地节省包装、储藏和运输费用，并且便于携带和储运; 4、干制食品常常是救急、救灾和战备用的重要物质。,食品干燥过程控制,达到一定的水分要求 保持或改善食品品质 控制条

3、件和方法以获得最低能耗,7,第一节 食品干藏原理,微生物是影响食品储藏稳定性的重要因素之一，要保证食品的质量，最基本的一点就是要防止微生物在食品上的生长和繁殖。通常控制食品中微生物生长的技术包括： 热灭菌；降低食品的水分含量(或水分活度)； 辐照灭菌； 巴斯德消毒等。 对大多数微生物来说，其生长的最佳水分活度为Aw 099。通常人们认为一个特定的细胞类型有一个限制性水分活度值，低于这个水分活度这一特定的细胞类型就不能生长、代谢和繁殖，最终可能导致死亡。 用物理的方法来抑制微生物和酶的活性，降低水分来提高原料中可溶性固形物的浓度，使微生物处于反渗透的环境中，处于生理干燥的状态，从而使食品得到保存

4、。,8,食品中水分存在的形式,结合水（束缚水） 化学结合水、吸附结合水、结构结合水 、渗透压结合水 游离水（自由水） 微生物的繁殖只能利用食品中的自由水,结合水已改变了原来水的性质,微生物不能利用它。,9,Aw值反映了水分与食品结合的强弱及被微生物利用的有效性。 细菌生长的Aw下限为0.94，酵母菌为0.88，霉菌为0.8。 Aw值降至0.7以下，除嗜盐菌耐干燥霉菌等特殊菌群外，大多数微生物不能生长发育。,水分活度（Aw）：水分活度是指食品中水分存在的状态，即水分与食品结合程度（游离程度）。水分活度值越高，结合程度越低；水分活度值越低，结合程度越高。 水分活度数值用Aw表示，水分活度值等于用百

5、分率表示的相对湿度，其数值在0-1之间。溶液中水的蒸气分压P与纯水蒸气压Q的比值，Aw=P/Q 。,（）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,（）自由水或体相水，是食品中结合的最弱，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性截留的水，这种水很易通过干燥除去或易结冰，可作为溶剂，容易被酶和微生物利用，食品容易腐败，通常占95%以上；,（）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

6、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，占总水量的极小部分。,食品中水分含量与水分活度之间的关系,11,一、水分活度与微生物的关系,1.水分活度与微生物生长的关系 一般情况下，每种微生物均有最适的水分活度和最低的水分活度，它们取决于微生物的种类、食品的种类、温度、pH值以及是否存在润湿剂等因素。,13,大多数新鲜食品的水分活度在0.99以上，适合各种微生物生长。大多数重要的食品腐败细菌所需的最低aw都在0.9以上。只有当水分活度降到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0.7以下物

7、料才能在室温下进行较长时间的贮存。,当食品的水分活度降低到一个数值时，就会抑制要求水分活度高于此数值的微生物的生长、繁殖或产生毒素，使食品加工得以顺利进行。 在发酵食品加工中，必须把水分活度提高到有利于有益微生物生长、繁殖、分泌代谢产物所需的水分活度值以上。 如：水活度值为081的蛋糕其保质期为21。c时24天。如果水活度提高到085，这些指标将降低为21。c时12天。这表明是水活度值决定了微生物生长率。,干制过程中，食品及其所污染的微生物均同时脱水，干制后，微生物就长期地处于休眠状态，环境条件一旦适宜，又会重新吸湿恢复活动，微生物的耐旱力常随菌种及其不同生长期而异。 （eg葡萄球菌、肠道杆菌

8、、结核杆菌在干燥状态下能保存活力几周到几个月；乳酸菌能保存活力为几个月到一年以上；干酵母保存活力可达两年之久；干燥状态的细菌芽孢菌核，原膜孢子分生孢子可存活一年以上。黑曲霉菌孢子可存活达610年以上。） 干制并不能将微生物全部杀死，只能抑制其活动，但保藏过程中微生物总数会稳步下降。,16,2.水分活度与微生物的耐热性,微生物的耐热性与其所处环境的水分活度有一定的关系。 一般情况下，降低水分活度将使微生物的耐热性增强。,17,二、水分活度与酶的关系,通常水分活度在0.750.95的范围内酶活性达到最大。 水分减少时，酶的活性也就下降。只有在水分降低到1%以下时，酶的活性才会完全消失。 酶在湿热条

9、件下易钝化。为了控制干制品中酶的活动，就有必要在干制前对食品进行湿热或化学钝化处理，以达到酶失去活性为度.,18,0.2,0.4,0.6,0.8,Aw,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。,水分活度对酶活力的影响,19,三、 水分活度与其它变质因素的关系,1.水分活度与氧化作用的关系 水分活度在很高或很低时，脂肪都易发生氧化，水分活度在0.30.4之间时酸败变化最小。,20,0.2,0.4,0.6,Aw,0.8,在低水分活度下，水的加入明显干扰了氧化反应的进行，这部分水被认为能结合氢过氧化物，干扰了它们的分解

10、，于是阻碍了氧化的进行。 这部分水能同催化氧化的金属离子发生水化作用，从而显著地降低了金属离子的催化效力。当水分超过与的边界时，氧化速度增加。认为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，从而加速了氧化。,水分活度对氧化反应的影响,21,2.水分活度对非酶褐变的影响,在中等湿度时褐变速率最大。 美拉德褐变的最大速度出现在水分活度为0.60.9之间。,22,0.2,0.4,0.6,0.8,Aw,水分活度对褐变反应的影响,结论：,各种食品都有一定的水分活度，微生物的生长繁殖和生物化学反应也都需要一定的水分活度范围。新鲜食品水分活度很高，降低水分活度可以提高食品的稳定性减少腐败变质

11、。在食品中引入水分活度的概念为食品工业的发展起到了积极的推动作用保障了食品安全的稳定性。 降低食品的水分活度可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行。低水分活度能抑制食品的化学变化，稳定食品质量。 我国出口产品外商规定必须标明水分活度值而非水分含量足见水份活度已被公认是影响食品保质期的一个重要因素。,24,第二节 食品的干制过程,一、干燥过程中食品的湿热传递 干燥过程是湿热传递过程，该过程包括了两个基本方面，即热量交换和质量交换 热量交换：热从食品表面传递到食品内部 质量交换：表面水分扩散到空气中，内部水分转移到表面； 整个湿热传递过程中，水分的转移和扩散可分为两个过程： 给湿过程：水分从食品表面向外

12、界蒸发转移。 导湿过程：内部水分向表面扩散转移。,25,1、给湿过程,当环境空气处于不饱和状态时，给湿过程即存在。此时湿物料表面附近水蒸气压大于湿空气中水蒸气分压，因此水分将从物料表面向湿空气中传递，这种过程即物料给湿过程，也即干燥过程。,26,2、导湿过程,水分梯度：给湿过程的进行导致了待干食品表面湿含量比物料中心的湿含量低，出现水分含量的差异，即内部与表层之间形成了水分梯度，在它的作用下，内部水分将以液体或蒸汽形式向表层迁移，这就是导湿现象。 温度梯度 ：在普通的干燥条件下，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

13、温向低温处转移。这种现象称为热湿传导现象或导湿温性。,干制机制,Food H2O,28,3.水分扩散总量 干制过程中，食品的水分扩散总量等于水分梯度和温度梯度两者水分扩散量之和。 i总= i湿 + i温 式中： i 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干物质/ 米2小时）,29,两者方向相反时： i总=i湿 i温 当i湿 i温 水分将按照物料水分减少方向转移，以导湿性为主，而热湿传导成为阻碍因素，水分扩散则受阻。 当i湿 i温 水分随热流方向转移，并向物料水分增加方向发展，而导湿性成为阻碍因素。,30,二、干燥过程的特性,干燥曲线 干燥速度曲线 温度曲线,31,1.干燥曲线

14、、温度曲线、干燥速率曲线,（1）干燥曲线 干制过程中食品含水量和干制时间的关系曲线 （2）食品温度曲线 干燥过程中食品温度与其含水量之间的关系的曲线。 （3）干燥速率曲线 表示干燥过程中任何时间的干燥速度与该时间的食品绝对水分之间关系的曲线。,（1）干燥曲线 干燥初始时，食品被预热，食品水分在短暂的平衡后（AB段），出现快速下降，几乎是直线下降（BC），当达到较低水分含量（C点）时（第一临界水分），干燥速率减慢，随后趋于平衡，达到平衡水分（DE）。 平衡水分取决于干燥时的空气状态,33,由导湿性和导湿温性解释干燥过程曲线特征,34,2.食品物料干燥过程分析,（1）恒速阶段 此阶段干燥速率保持恒

15、定，物料内部水分很快移向表面，物料表面始终为水气所饱和，干燥机理属表面汽化控制，干燥所去除的水分相当于物料的非结合水，因此此阶段物料水分的汽化如同纯水的蒸发，蒸发温度相当于热空气的湿球温度。,35,（2）降速阶段 进入降速阶段，干燥速率随物料含水量的降低而逐渐下降，干燥机理转为内部扩散控制，开始汽化物料的结合水。由于干燥速率降低，空气对物料对流传热的热流量已大于水汽化带回空气的热流量，因而物料的温度开始不断上升，物料表面温度比空气湿球温度越来越大。,36,（3）临界含水量 由恒速阶段到降速阶段的转折点，称为干燥过程的临界点。临界点是干燥由表面汽化控制到内部扩散控制的转变点，是物料去除非结合水的

16、转折点。 物料干燥达临界点时物料含水量，称为临界含水量。临界含水量随物料的性质、厚度及干燥速率的不同而异。,37,三、影响干制的因素,干制过程的影响因素主要取决于干制条件（由干燥设备类型和操作状况决定）以及干燥物料的性质。,1.干制条件的影响,（1） 温度 对于空气作为干燥介质,提高空气温度,干燥加快. 温度提高,传热介质与食品间温差越大,热量向食品传递的速率越大,水分外逸速率因而加速. 对于一定相对湿度的空气,随着温度提高,空气相对饱和湿度下降,这会使水分从食品表面扩散的动力更大. 温度高,水分扩散速率也加快,使内部干燥加速. 注意:若以空气作为干燥介质,温度并非主要因素,因为食品内水分以水蒸汽的形式外逸时,将在其表面形成 饱和水蒸汽层,若不及时排除掉,将阻碍食品内水分进一步外逸.从而降低了水分的蒸发速度.故温度的影响也将因此而下降.,39,（2） 空气流速,空