1、第三章食品的干燥,1、杀菌对象菌怎样选择 ?2、F1108表示什么意思?那么F?3、若F=3min ,那么,在1400C下,达到12D的杀菌强度所需的杀菌时间为多少?,课前提问,第三章食品的干燥,解答,1、PH 4.62、致死温度为1100C时杀死Z值为80C的一定数量细菌所需的热处理时间(min).3、,看习题集,第三章 食品的干燥,College of Life Science and Technology,XINJIANG University,第一篇 物理技术对食品的处理,第三章食品的干燥,1、掌握食品干藏的原理;2、掌握食品的干制过程;3、掌握食品常用的干燥方法;4、掌握如何预防食品
2、干制过程中发生的质量变化;5、如何根据产品的原料特点选定干燥的工艺技术条件6、干燥产品的包装与贮藏,教学内容及要求,第三章食品的干燥,第三章 食品的干燥,第一节 食品干藏原理,1,第二节 食品干燥基本原理,2,第三节 干制对食品品质的影响,3,第四节 食品的干制方法,4,4,第五节 包装贮运前的处理和包装,第三章食品的干燥,第三章 食品的干燥,主要内容:食品干燥的基本原理食品在干燥过程中发生的变化食品的干燥方法与技术 干燥产品的包装与贮藏,第三章食品的干燥,食品的干制保藏(简称干藏)是将食品的水分活度(或水分含量)降低到足以防止其腐败变质的水平,并保持在此条件下进行长期保藏的方法。使食品的含水
3、量降低的工艺过程称为食品干燥,有自然干燥和人工干燥之分。无论采用何种干燥方法所制得的产品均称为干制品或脱水食品。,概 述,第三章食品的干燥,概 述,干燥制品包括蔬菜制品、果干制品、干鱼贝类制品、干燥肉、干野菜、谷类、蛋制品等。,二、食品脱水加工的特点,优点:(1)食品经脱水加工后,重量减轻, 体积缩小,可节省包装、储藏和运输费用;带来了方便性;(2)干燥食品可延长保藏期;缺点:复水慢;质构不如新鲜态;脂肪含量高的干制品易酸败、哈败(因为表面积增大,多孔性)。,一、干燥食品的范围,第三章食品的干燥,三、食品脱水加工的方法,在常温下或真空下加热让水分蒸发,依据食品组分的蒸汽压不同而分离;依据分子大
4、小不同,用膜来分离水分,如渗透、反渗透、超滤;,概 述,脱水,干燥就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.(drying)脱水(dehydration)就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。因此,脱水就是指人工干燥。,第三章食品的干燥,四、食品干藏技术的未来发展趋势,概 述,1、采用新工艺以保持食品原的质量;2、回收余热,降低能耗;3、增加花色品种;4、太阳能利用,采用聚光和强制空气对流的干燥机,可将蔬菜干燥缩短为7h;5、升华干燥有较大发展,当前趋势是节约能源和缩小食品体积;6、对于喷雾干燥,要求适用于果蔬加工;7、开发渗透干燥法。,第三
5、章食品的干燥,概 述,第三章食品的干燥,思考:,有一些食品具有相同水分含量,但腐败变质的情况是明显不同的,如鲜肉与咸肉,水分含量相差不多,但保藏却不同,这就存在一个水能否被微生物酶或化学反应所利用的问题;这与水在食品中的存在状态有关。,第一节 食品干藏原理,结合水和自由水之间的区分1:结合水的量与食品中有机大分子的极性基团的数量有比较固定的比例关系。2:结合水的蒸气压比自由水低得多。3:结合水不易结冰(冰点约-40)。4:结合水不能作为溶质的溶剂。 5:自由水能为微生物所利用,结合水则不能。,结合水与自由水的区别?,第三章食品的干燥,一、食品中水分存在的形式和水分活度,第一节 食品干藏原理,1
6、、按水分和物料间的结合形式可将物料中的水分分为 :,化学结合水,物理化学结合水,机械结合水,5%一10%,化学结合水的含量通常是干制品含水量的极限标准,吸附结合水,结构结合水,渗透压结合水,与物料的结合力最强,保持在凝胶体内部的一种水分,被溶质所束缚的水分,食品湿物料内的毛细管(或孔隙)中保留和吸着的水分以及物料外表面附着的润湿水分,干燥中除去,第三章食品的干燥,2、食品物料湿含量的表示方法,1)湿基湿含量 湿物料中水分占总质量的百分比 分母在变 2)干基湿含量 水分与干物质的百分比,第一节 食品干藏原理,一、食品中水分存在的形式和水分活度,第三章食品的干燥,第一节 食品干藏原理,3、水分活度
7、Water activity,含水量是人们日常生活中保藏食品的重要依据之一。但这种表示方法是否能满足呢?如:含水量同在30%的苹果脯和黄豆粉,贮藏性是否一样?食品的品质和贮藏性与水分活度有更紧密的关系。,一、食品中水分存在的形式和水分活度,第三章食品的干燥,水分活度是从_0-1_之间的数值,纯水时 AW =_1_ ,完全无水时AW =_0_。 食品中结合水的含量越高,食品的水分活度就越_低_。,第一节 食品干藏原理,一、食品中水分存在的形式和水分活度,3、水分活度Water activity,第三章食品的干燥,提 问,1、说明脱水的含义,脱水(dehydration)就是为保证食品品质变化最小
8、,在人工控制条件下促使食品水分蒸发的工艺过程.因此,脱水就是指人工干燥。,2、食品干燥保藏定义,指在自然条件或人工控制条件下,使食品中的水分降低到足以防止腐败变质的水平后并始终保持低水分的保藏方法。,3、水分活度的定义,Aw.物料表面水分的蒸汽压与相同温度下纯水的饱和蒸汽压之比。,第三章食品的干燥,第一节 食品干藏原理,一、食品中水分存在的形式和水分活度,3、水分活度,水分活度与温度的关系,在样品的水分含量下等量净吸附热,第三章食品的干燥,吸湿等温线 Moisture Sorption IsothermsDefinition: polts interrelating water content
9、 of a food with its water activity at content temperature .,在恒定温度下,食品的水分含量与它的水分活度之间的关系图称为吸湿(着)等温线。(MSI),一、食品中水分存在的形式和水分活度,3、水分活度Water activity,物料湿含量与水分活度之间的关系不仅与温度有关,而且与食品的种类有关。,第一节 食品干藏原理,第三章食品的干燥,食品和生物物质的吸湿等温线,第一节 食品干藏原理,不同的食品由于其化学组成和组织结构的不同,具有不同的MSI,第三章食品的干燥,第一节 食品干藏原理,一、食品中水分存在的形式和水分活度,3、水分活度Wat
10、er activity,常见食品中水分含量与水分活度的关系,第三章食品的干燥,宽水分含量范围的水分吸着等温线,食品低水分部分水分吸着等温线的一般形式,第一节 食品干藏原理,一、食品中水分存在的形式和水分活度,3、水分活度Water activity,第三章食品的干燥,等温吸湿曲线的分区,曲线可以划分为三个区域:I区:以化合水为主I、II交界:临近水或单层吸附水II区:多层水、少量毛细管水III区:体相水,第一节 食品干藏原理,第三章食品的干燥,I 区:水分子和食品成分中的离子基团通过离子-偶极相互作用牢固结合。Aw在0-0.25之间,相当于0-0.07g/g干重I、II交界:相当于单分子层吸附
11、水,即水吸附在干物质的亲水基团周围形成单层II区:Aw在0.2-0.85之间,即水在干物质的亲水基团周围形成多层吸附,相当于0.07-0.33g/g干重,第一节 食品干藏原理,第三章食品的干燥,II区也包括了小部分毛细管水。右边部分开始了溶解过程,使得反应物可以相遇发生作用。因此反应速度提高。III区:Aw在0.8-0.99之间,所含水分仅仅是因为物理原因被截留于食品当中,但仍然属于自由水。这部分水可作为溶剂、可蒸发、可结冰,可被微生物和酶反应利用。,第一节 食品干藏原理,第三章食品的干燥,第一节 食品干藏原理,第三章食品的干燥,第一节 食品干藏原理,第三章食品的干燥,取决于水存在的量; 温度
12、;水中溶质的浓度; 食品成分; 水与非水部分结合的强度,第一节 食品干藏原理,3、水分活度Water activity,一、食品中水分存在的形式和水分活度,(4) 水分活度大小的影响因素,第三章食品的干燥,第一节 食品干藏原理,4、水分活度与食品的保藏性,一、食品中水分存在的形式和水分活度,(1)水分活度与微生物生长的关系 食品的腐败变质通常是由微生物作用和生物化学反应造成的,任何微生物进行生长繁殖以及多数生物化学反应都需要以水作为溶剂或介质。 干藏就是通过对食品中水分的脱除,进而降低食品的水分活度,从而限制微生物活动,酶的活力以及化学反应的进行,达到长期保藏的目的。,第三章食品的干燥,第一节
13、 食品干藏原理,4、水分活度与食品的保藏性,(1)水分活度与微生物生长的关系,微生物生长繁殖与水分活度间的关系如图大多数的食品的水分活度在0.99以上,适合微生物的生长;只有当水分活度降低到0.75以下,食品的腐败变质才显著减慢;水分活度降低到0.70以下食品物料才能在室温下长期保存。,P164 表1-3-1,第三章食品的干燥,干制后食品和微生物同时脱水,微生物所处环境水分活度不适于微生物生长,微生物就长期处于休眠状态,环境条件一旦适宜,又会重新吸湿恢复活动。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。由于病原菌能忍受不良环境,应在干制前设法将其杀灭。,第一节
14、 食品干藏原理,4、水分活度与食品的保藏性,(1)水分活度与微生物生长的关系,第三章食品的干燥,第一节 食品干藏原理,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。,第三章食品的干燥,(2)干制对酶的影响,第一节 食品干藏原理,一、食品中水分存在的形式和水分活度,4、水分活度与食品的保藏性,只有干制品水分降低到1%以下时,酶的活性才会完全消失。 酶在湿热条件下处理时易钝化。,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,鉴定干制品中残留酶的活性,可用过氧化物酶作为指示酶,控制,残留酶的活性,第三章食品的干燥,第一节 食品干藏原理,(2)干制对酶的影响
15、,单靠减少水分活性值来抑制酶活力效果不明显。干热条件下,酶在很高的温度下也难失活。干制品中酶活的抑制方法:加热处理法:干燥前对物料进行湿热或化学钝化处理。抑酶剂处理法:氧化硫及亚硫酸盐,如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和偏亚硫酸钠等,都是多酚氧化酶的强抑制剂。它们被广泛应用于对果蔬的喷洒、浸渍处理抑酶。驱氧法,第三章食品的干燥,二、食品干制的要求及干制食品的品质指标,第一节 食品干藏原理,达到一定的水分要求保持或改善食品品质控制条件和方法以获得最低能耗,1、干制要求,原料质量操作环境原料预处理干制后食品的水分,1)干制的食品原料应微生物污染少,品质高; 2)水分越低越好(但口感会变差); 3)不良变化减
16、得最小程度,营养损失最少; 4)品质要求复水快,口感好; 5)要求干燥技术的经济性,能源消耗低 。,第三章食品的干燥,2、品质指标控制,水分活度(aw)复水性,复原性.质构(硬度,粘性,韧性,弹性,酥脆 )感官品尝微生物(细菌)指标大肠杆菌,杂菌数.理化指标(重金属指标),第一节 食品干藏原理,二、食品干制的要求及干制食品的品质指标,第三章食品的干燥,复原性和复水性,第一节 食品干藏原理,二、食品干制的要求及干制食品的品质指标,干制品重新吸收水分后,在重量、大小和形状、质地、颜色、风味、成分、结构以及其它可见因素各个方面恢复原来新鲜状态的程度。,新鲜食品干制后,能重新吸回水分的程度.,常用干制
17、品吸水增重的程度来衡量,重要指标,复水试验,测定复水试样的沥干重,干制过程中控制干制品品质,第三章食品的干燥,复水试验应严格按照预先制定的标准方法测定。复水比(R复),简单说就是复水后沥干重(g复)和干制品试样重(g干)的比值。 R复= g复/ g干复水时,干制品常含有一部分糖分和可溶性物质流失而失重. 复重系数(k复):就是复水后制品的沥干重(g复)和同样干制品试样量在干制前的相应原料重(g原)之比.k复= g复/ g原100%,干燥比:R干=G原/G干,复水试验,第一节 食品干藏原理,复水试验,干制品复水性下降原因?,第三章食品的干燥,选用和控制干制工艺必须遵循的准则: 就是尽可能减少不可
18、逆变化给食品造成的损害。,第一节 食品干藏原理,干制食品发生腐败变质原因,1. 微生物污染(霉变),是否水分活度不足以控制微生物2. 脂肪蛤败3. 虫害,第三章食品的干燥,第二节 食品干燥基本原理,(一)湿度(湿含量)1、绝对湿度 单位质量绝干空气中所含的水蒸气的质量2、相对湿度 一定的总压下,湿空气中水蒸气分压与同温度下纯水的饱和蒸汽压之比。,P164,一、干燥介质的特性(热空气),其中水蒸气的含量,空气吸收水分的能力,第三章食品的干燥,(二)温度1、干球温度 2、湿球温度W,P165二者关系,第二节 食品干燥基本原理,一、干燥介质的特性(热空气),普通温度计测得的湿空气实际温度,将普通温度
19、计置于一定温度和湿度的湿空气流中达到平衡或稳定时的温度称为该空气的湿球温度。,第三章食品的干燥,二、食品物料与干燥介质间的平衡关系,完全干燥的食品置于一定相对湿度的环境中-平衡相对湿度即为水分活度 但物料的水分活度与空气的平衡相对湿度是两个不同的概念。,去湿现象?,第二节 食品干燥基本原理,吸湿现象,(一)物料的水分活度与空气相对湿度 之间的关系,第三章食品的干燥,1、吸附作用与解吸作用 如果物料的表面蒸汽分压P物小于空气中的蒸汽分压P蒸(P物P蒸),则物料将从周围空气中吸收蒸汽而吸湿,称吸附作用(吸湿现象)。如果P物P蒸,则物料脱水干燥,称解吸作用(去湿现象);,第二节 食品干燥基本原理,二
20、、食品物料与干燥介质间的平衡关系,(一)物料的水分活度与空气相对湿度 之间的关系,第三章食品的干燥,2、吸附等温线与解吸等温线,当P物P蒸,出现动力学平衡状态。相当于平衡状态的物料湿度叫平衡湿度(W平)。在平衡状态下,物料表面的相对蒸汽压P物/P饱等于空气的相对湿度值=aw如果P蒸和P物间的平衡状态是由湿物料中蒸发水分达到的,则这种与W平的关系曲线称为解吸等温线(脱水等温线),如果曲线是由物料吸湿形成的,则称为吸附等温线。,第二节 食品干燥基本原理,二、食品物料与干燥介质间的平衡关系,(一)物料的水分活度与空气相对湿度 之间的关系,滞后现象,第三章食品的干燥,第二节 食品干燥基本原理,第三章食
21、品的干燥,(二)平衡水分 由于物料表面的水蒸气分压与介质的水蒸气分压的压差作用,物料与空气之间的水分达到动态平衡,此时物料中所含的水分为该介质条件下物料的平衡水分。 它表示在该空气状态下物料能被干燥的限度。,二、食品物料与干燥介质间的平衡关系,第二节 食品干燥基本原理,见书中P167 图 1-3-5,平衡水分除受物料的性质限制外,还与空气的状态有密切关系。,第三章食品的干燥,(1)块状物料(2)条状物料(3)片状物料(4)晶体物料(5)散粒状物料(6)粉末状物料(7)膏糊状物料(8)液体物料,关于湿物料的状态,第二节 食品干燥基本原理,按外观状态分,按湿物料的外观状态和物理化学性质分,a. 湿
22、固态食品物料 块状物料;条状物料;片状物料;晶体物料;散粒状物料;粉末状物料 b. 液态食品物料 膏糊状物料; 液体物料;,第三章食品的干燥,三、干燥机制,温度梯度 表面水分扩散到空气中T T-T 内部水分转移到表面M-M M水分梯度 Food H2O,第二节 食品干燥基本原理,第三章食品的干燥,三、干燥机制,干燥过程是湿热传递过程: 表面水分扩散到空气中,内部水分转移到表面;而热则从表面传递到食品内部 。促使食品物料中水分向表面转移并排放到物料周围的外部环境中,完成脱水干制的基本过程。将能量传递给食品(传热过程)、水分在物料中的迁移(传质过 程)。湿热的转移是食品干燥原理的核心问题,第二节
23、食品干燥基本原理,第三章食品的干燥,干制过程中潮湿物料传递具体表现为给湿和导湿两个过程。 水分从物料表面向外的扩散过程称为给湿过程 。 物料内部水分扩散分为:(1)导湿现象(2)导湿温现象 。 导湿过程是传质过程,其推动力为浓度差(湿含量差)。水分梯度:水分扩散一般总是从高水分处向低水分处扩散,亦即是从内部不断向表面方向移动.这种水分迁移现象称为导湿性 。 温度梯度将促使水分(不论液态或气态)从高温处向低温处转移.这种现象称为导湿温性 。,第二节 食品干燥基本原理,三、干燥机制,物料内部,物料表面,温度梯度,低,高,湿度梯度,低,高,第三章食品的干燥,干燥机制,第二节 食品干燥基本原理,三、干
24、燥机制,物料外部的传热与传质,物料内部的传热与传质,干燥过程控制,干燥特性曲线,第三章食品的干燥,P171,三、干燥机制,第二节 食品干燥基本原理,干燥介质,界面层,速度梯度为零,(一) 物料外部的传热与传质,温度梯度,介质气流,降低界面层厚度?,第三章食品的干燥,第二节 食品干燥基本原理,三、干燥机制,(二)物料内部的传热与传质, 温度梯度: 温度梯度将促使水分(无论是液态还是气态)从高温向低温处转移。这种现象称为导湿温性。 水分梯度: 水分扩散一般总是从高水分处向低水分处扩散,亦即是从内部不断向表面方向移动。这种水分迁移现象称为导湿性。,高,物料内部,物料表面,温度梯度,低,高,湿度梯度,
25、低,高,第三章食品的干燥,强化水分扩散,(二)物料内部的传热与传质,干制过程中,湿物料内部同时会有水分梯度和温度梯度存在,因此,水分流动的方向将由导湿性和导湿温性共同作用的结果. i总=i湿+i温两者方向相反时(对流干燥): 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,而导湿温性成为阻碍因素,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。,第二节 食品干燥基本原理,三、干燥机制,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干物质/ 米2小时),温度梯度,物料内部,物料表面,低,高,湿
26、度梯度,低,高,?,第三章食品的干燥,第二节 食品干燥基本原理,三、干燥机制,(二)物料内部的传热与传质,对流干制时,主要在降率阶段,常会出现导湿温性大于导湿性(i湿 i温 ),于是物料表面水分就会向它的深层转移,可是物料表面仍然进行着水分蒸发,以致它的表面迅速干燥而温度也迅速上升,这样水分就会转移至物料内部深处蒸发。 只有物料内层因水分蒸发而建立起足够的压力,才会改变水分转移的方向,扩散到物料表面进行蒸发,这就不利于物料干制,延长了干制时间。,物料内部,物料表面,温度梯度,低,高,湿度梯度,低,高,升温、降温、再升温、再降温的工艺措施来调节物料内部温度梯度与湿度梯度的关系,强化水分的内部扩散
27、。,第三章食品的干燥,提 问,1、说明水分活度与微生物生长、酶的活性的关系。 2、食品干燥原理的核心问题是什么?3、干燥过程中,强化水分的内部扩散,为什么可以采用升温、降温、再升温、再降温的工艺措施来调节物料内部温度梯度与湿度梯度的关系 ?,第三章食品的干燥,解 答,1、说明水分活度与微生物生长、酶的活性的关系。,细菌aW0.94,酵母菌aW0.85,大多数霉菌aW0.74, aW0.62以下几乎没有能够生长发育的微生物;微生物的耐旱力(菌种保藏);干制并不能将微生物(病原菌)全部杀死,只能抑制他们的活动。 水分减少时,酶的活性也就下降,然而酶和基质(底物)却同时增浓,因而反应速率随两者增浓而
28、加速。因此,在低水分干制品中,特别在吸湿后,酶仍会缓慢地活动,从而引起食品品质恶化或变质。只有干制品水分降低到1%以下时,酶的活性才会完全消失。 酶在湿热条件下处理时易钝化。因此,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。,第三章食品的干燥,解 答,2、食品干燥原理的核心问题是什么?,湿热的转移是食品干燥原理的核心问题。干燥过程是湿热传递过程:表面水分扩散到空气中,内部水分转移到表面;而热则从表面传递到食品内部。 干制过程中潮湿物料传递具体表现为给湿和导湿两个过程。 水分从物料表面向外的扩散过程称为给湿过程。导湿过程就是物料内部水分的扩散过程
29、 ,物料内部水分扩散分为:1)导湿现象(2)导湿温现象,第三章食品的干燥,解 答,3、干燥过程中,强化水分的内部扩散,为什么可以采用升温、降温、再升温、再降温的工艺措施来调节物料内部温度梯度与湿度梯度的关系 ?,温度梯度,物料内部,物料表面,低,高,湿度梯度,低,高,干燥过程中,由于物料的温度梯度与湿度梯度的方向相反,容易造成干燥不彻底和物料发生不理想的变化 。,将促使水分(无论是液态还是气态)从高温向低温处转移 -导湿温性,水分扩散一般总是从高水分处向低水分处扩散,亦即是从内部不断向表面方向移动 -导湿性,强化水分的内部扩散,第三章食品的干燥,补充内容:1、由于湿物料受热后形成了温度梯度,将
30、导致水分由高温向低温处移动-导湿温性,也称热湿传导现象(雷科夫效应)。2、烤面包初期、对流干燥的降率阶段i湿 i温 ,导湿性成为阻碍因素。3、将导湿性小的物料在干制前加以预热,可显著加速干制过程。所以将物料在饱和湿空气中加热,以免水分蒸 发,同时可增大导湿系数,以加速水分转移。,解 答,为什么?,第三章食品的干燥,第二节 食品干燥基本原理,(三)食品物料干燥过程分析,干基湿含量,干燥速率,平衡水分,物料预热阶段,与物料大小、厚薄及初始温度有关,恒速阶段,BC:恒速阶段 表面汽化控制阶段,CDE:降速干燥阶段 物料内部迁移控制阶段,1、产生降速原因 ?2、 ?,强化干燥速率就必须改善内部扩散因素
31、,三、干燥机制,第三章食品的干燥,第二节 食品干燥基本原理,三、干燥机制,(三)食品物料干燥过程分析,1、恒速阶段,在只存在对流热量传递这种最简单的情况时,在恒速期所有的热能都能用于汽化水分。也就是说,热量传递到食品的速率与水汽化的能量消耗速率相平衡。温度保持在某一恒定值,该值取决于热量传递机制。如果干燥仅以对流方式进行,可以看到食品表面的温度稳定为干燥空气的湿球温度。,食品表面温度,第三章食品的干燥,恒速阶段的长短取决于干制过程中食品内部水分迁移(决定于它的导湿性)与食品表面水分蒸发或外部水分扩散速度的大小。若内部水分转移速度大于表面水分扩散速度,则恒速阶段可以延长;否则,就不存在恒速干燥阶
32、段。,第二节 食品干燥基本原理,三、干燥机制,(三)食品物料干燥过程分析,水分为 75%90%的苹果,水分为9%的花生米,VS,第三章食品的干燥,第二节 食品干燥基本原理,(三)食品物料干燥过程分析,干基湿含量,A,B,C,D,E,干燥速率,恒速阶段,CDE:降速干燥阶段 物料内部迁移控制阶段,三、干燥机制,2、降速阶段-产生降速原因 ?(1)实际汽化面积减少(2)汽化表面的内移(3)平衡蒸汽压下降(4)物料内部水分的扩散受阻,P170,水分的扩散速率与物料厚度的平方成反比。,降低物料厚度,提高干燥速率,第三章食品的干燥,2、降速阶段, 临界含水量高低,说明什么问题?,值愈大,便会较早地转入降
33、速干燥阶段,达到物料平衡湿含量所需的干燥时间也就愈长。 在一定的干燥条件下,减少物料厚度、料层愈厚,对物料增强搅动,既可增大干燥面积,又可减少临界湿含量值,所以流化干燥设备(如气流和沸腾干燥)中物料的临界湿含量值一般较低。,第二节 食品干燥基本原理,三、干燥机制,(三)食品物料干燥过程分析,第三章食品的干燥,第二节 食品干燥基本原理,三、干燥机制,(四)干燥过程控制,表面汽化速率与内部扩散速率表面汽化速率内部扩散速率: 措施?,干燥的速率,提高干燥速率,物料表面温度即干燥介质的湿球温度,提高介质温度,降低介质湿度,改善介质与物料之间的流动和接触状况,有利于,干燥初期,外部扩散速率,第三章食品的
34、干燥,表面汽化速率内部扩散速率:,第二节 食品干燥基本原理,三、干燥机制,(四)干燥过程控制,物料干燥,干燥层,强化干燥速率,改善内部扩散因素,限制,减少料层厚度,缩短水分在内部的扩散距离,措施?,使物料堆积疏松,采用空气穿流层的接触方式以扩大干燥表面积,采用接触加热和微波加热的方法,使深层料温高于表面料温,温度与湿度梯度同向加快内部水分的扩散。,内部水分扩散速率的影响因素,第三章食品的干燥,(五)干燥特性曲线,食品物料干燥过程的特性可以由干燥曲线、干燥速率曲线及干燥温度曲线来表达,而这些曲线的绘制是在恒定的干燥条件下进行的。,第二节 食品干燥基本原理,三、干燥机制,食品在干制过程中,食品水分
35、含量逐渐减少,干燥速率逐渐变低,食品温度也在不断上升。,第三章食品的干燥,干燥曲线,干燥速率曲线,干燥温度曲线,食品干制过程曲线,第二节 食品干燥基本原理,干燥特性曲线,干燥开始,恒率干燥,降率干燥,干燥终结,时间(小时),第三章食品的干燥,第二节 食品干燥基本原理,临界点,此时物料的湿含量为临界湿含量,第三章食品的干燥,1、干燥曲线干制过程中食品绝对水分和干制时间的关系曲线干燥时,食品水分在短暂的平衡后,出现快速下降,几乎时直线下降,当达到较低水分含量时(第一临界水分),干燥速率减慢,随后达到平衡水分。,是干燥过程中食品物料的平均湿度W脱(整体湿度)和干燥时间()间的关系曲线,即W脱f()。
36、,第二节 食品干燥基本原理,(五)干燥特性曲线,为什么缓慢?,平衡水分 (DE),第三章食品的干燥,2、食品温度曲线初期食品温度上升,直到最高值湿球温度,整个恒率干燥阶段温度不变,即加热转化为水分蒸发所吸收的潜热(热量全部用于水分蒸发)。在降率干燥阶段,温度上升直到干球温度,说明水分的转移来不及供水分蒸发,则食品温度逐渐上升。,是干燥过程食品物料温度(t食)和干燥时间()的关系曲线,即t食f()。,第二节 食品干燥基本原理,(五)干燥特性曲线,温度?,第三章食品的干燥,3、干燥速率曲线 随着热量的传递,干燥速率很快达到最高值,然后稳定不变,此时为恒率干燥阶段-表面汽化控制阶段 ;干燥速率曲线达
37、到C点,对应于食品第一临界水分(C)时,物料表面不再全部为水分润湿,干燥速率开始减慢 -内部水分扩散控制阶段;干燥达到平衡水分时,水分的迁移基本停止,干燥速率为零,干燥就停止(E)。,干燥过程单位时间内物料湿度的变化(dW脱 /d ),与该时间物料湿度W脱的关系曲线,即dW脱/d f(W脱)。,第二节 食品干燥基本原理,(五)干燥特性曲线,速率大小取决于?,第三章食品的干燥,第二节 食品干燥基本原理,四、影响(干制)湿热传递的主要因素,(二)食品性质的影响1、表面积 2、食品成分在物料中的位置3、溶质类型和浓度 4、结合水的状态5、细胞结构,(一)干制条件的影响 1、温度 2、空气流速3、空气
38、相对湿度4、大气压力和真空度,影响因素,第三章食品的干燥,提 问,1、在典型的食品干燥中,干燥过程经历了哪几个阶段?影响干燥速率的大小的主要因素是什么?2、食品干制工艺条件 有哪些参数组成?,第三章食品的干燥,解 答,1、干燥速率恒定阶段(表面汽化控制阶段)和干燥速率降低阶段(物料内部迁移控制阶段 ) 。干制过程就是水分的转移和热量的传递,即温湿传递,对这一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。 外部扩散速率取决于温度,空气,湿度,流速以及表面蒸发面积,形状等。降速干燥阶段干燥速率的大小主要取决于物料本身的结构、形状和尺寸,而与外部的干燥条件关系不
39、大 。2、食品干制工艺条件主要由干制过程中控制干燥速率,物料临界水分和干制食品品质的主要参变数组成 。,第三章食品的干燥,第二节 食品干燥基本原理,五、合理选用干制工艺条件,最适宜的干制工艺条件为: 使干制时间最短,热能和电能的消耗量最低,干制品的质量最高。它随食品种类而不同。,第三章食品的干燥,如何选用合理的工艺条件?,(1)使食品表面的蒸发速率尽可能等于食品内部的水分扩散速率,同时力求避免在食品内部建立起和湿度梯度方向相反的温度梯度,以免降低食品内部的水分扩散速率。,第二节 食品干燥基本原理,五、合理选用干制工艺条件,办法: 需降低空气温度和流速,提高空气相对湿度.干燥前预热。,对导热性小
40、的食品,V水分蒸发,V食品内部水分扩散,干硬膜,减少界面层厚度,第三章食品的干燥,(2)恒率干燥阶段:为了加速蒸发,在保证食品表面的蒸发速率不超过食品内部的水分扩散速率的原则下,允许尽可能提高空气温度。 此时,所提供的热量主要用于水分的蒸发,物料表面温度是湿球温度。,第二节 食品干燥基本原理,五、合理选用干制工艺条件,如何选用合理的工艺条件?,第三章食品的干燥,(3)降率干燥阶段时:应设法降低表面蒸发速率,使它能和逐步降低了的内部水分扩散率一致,以免食品表面过度受热,导致不良后果。 为此,可降低空气温度和流速,提高空气相对湿度(如加入新鲜空气)进行控制。 要降低干燥介质的温度,务使食品温度上升
41、到干球温度时不致超出导致品质变化(如糖分焦化)的极限温度(一般为90).,第二节 食品干燥基本原理,五、合理选用干制工艺条件,如何选用合理的工艺条件?,第三章食品的干燥,(4)干燥末期干燥介质的相对湿度应根据预期干制品水分加以选用。 一般达到与当时介质温度和相对湿度条件相适应的平衡水分。 如干制品水分低于当时介质温度和相对湿度条件相适应的平衡水分时,这就要求降低空气相对湿度,才能达到最后干制品水分的要求。,第二节 食品干燥基本原理,五、合理选用干制工艺条件,如何选用合理的工艺条件?,第三章食品的干燥,小 结,湿热的转移(热量传递和质量传递)是食品干燥原理的核心问题。 干燥过程是湿热传递过程:表
42、面水分扩散到空气中,内部水分转移到表面;而热则从表面传递到食品内部。物料给湿过程是水分从物料表面向外(周围空气)扩散的过程-恒速干燥阶段。导湿过程就是物料内部水分的扩散过程 ,物料内部水分扩散分为:1)导湿现象(2)导湿温现象-消除或减小其对湿热传递的阻碍。 干制过程中食品内部水分扩散大于食品表面水分蒸发或外部水分扩散,则恒率阶段可以延长,若内部水分扩散速率低于表面水分扩散,就不存在恒率干燥阶段。,第三章食品的干燥,外部扩散速率很容易理解,取决于温度、空气湿度、流速以及表面蒸发面积、形状等。那么内部水分扩散速率的影响因素或决定因素是什么呢? 减少料层厚度、堆积疏松、接触加热和微波加热(以上我们
43、讲的都是热空气为加热介质)。,小 结,表面汽化速率与内部扩散速率共同决定了干燥的速率。,第三章食品的干燥,思考题,1、水分活度对微生物、酶及其它反应有什么影响?简述干藏原理2、在北方生产的菜干,运到南方,出现霉变,可能是什么原因,如何控制?3、说明物料与干燥介质间的平衡关系。4、说明食品物料干燥特性。5、说明食品物料的干燥过程。6、如果想要缩短干燥时间,该如何从机制上控制干燥过程? 7、如何选用合理的工艺条件?,第三章食品的干燥,一、干燥过程中食品的物理变化,1、干缩和干裂 果品/蔬菜干燥后体积约为原料的20-35%,质量为原料的6-20%; A、均匀收缩 弹性良好并呈饱满状态的新鲜物料全面均
44、匀的失水时,物料将随着水分消失均衡地进行线形收缩,即物体大小(长度、面积和容积)均匀地按比例缩小,质量减少。,干缩表面硬化多孔性热塑性,第三节 干制对食品品质的影响,原因:水的去除使物料的内压(膨胀压)降低。,第三章食品的干燥,第三节 干制对食品品质的影响,一、干燥过程中食品的物理变化,脱水干燥过程中胡萝卜丁形态的变化,第三章食品的干燥,1、干缩和干裂,B 、非均匀收缩: 高温快速干燥时,食品块片表面层远在物料中心干燥前已干硬。之后中心干燥和收缩时就会脱离干燥膜而出现内裂,孔隙和蜂窝状结构,表面干硬膜不出现凹面。疏松,多孔性,内部可出现干裂。例如方便面 容易吸水,复原迅速,和物料原状相似。但包
45、装储藏费用高,内部多孔易氧化,以至储藏期短。 表面蒸发率大于内部扩散率会出现干裂。,第三节 干制对食品品质的影响,一、干燥过程中食品的物理变化,第三章食品的干燥,2、表面硬化 是食品物料表面收缩和封闭的一种特殊现象。一些含有高浓度糖分和可溶性物质的食品中最易出现表面硬化。 原因(1)溶质在物料表面的结晶硬化;(2)干燥初期,食品物料与介质间温差和湿度差过大。 此时,若降低食品表面温度使物料缓慢干燥,一般就能延缓表面硬化。,第三节 干制对食品品质的影响,一、干燥过程中食品的物理变化,第三章食品的干燥,3、物料内部多孔性的形成 原因:水分在干燥中去除后,原来被水分所占据的空间由空气填充而成为空穴。
46、,第三节 干制对食品品质的影响,一、干燥过程中食品的物理变化,第三章食品的干燥,3、物料内多孔性的形成,快速干燥时表面硬化及内部蒸汽压的迅速蒸发会促使物料成为多孔性制品。 加有不会消失的发泡剂并经搅打发泡而形成稳定泡沫状的液体或浆质体食品干燥后,也能成为多孔性制品,真空干燥时的高度真空也会促使水蒸气迅速蒸发并向外扩散,从而制成多孔性的制品。可迅速复水。,第三节 干制对食品品质的影响,一、干燥过程中食品的物理变化,第三章食品的干燥,4、热塑性的出现 即食品温度升高时会软化甚至有流动性,而冷却时变硬,具有玻璃体的性质。糖分及果肉成分高的果蔬汁就属于这类食品。不少食品是热塑性物料。如糖分含量高的果蔬汁就属于这类食品,例如橙汁在坩埚干烧时,水分虽以全部蒸发掉,残留固体物质仍象保持水分那样是热塑性粘质状态,黏结在上难以取下,冷却时会硬化成结晶体而僵化,便于取下.为此,大多数常式干燥设备内常设有冷却区。,第三节 干制对食品品质的影响,一、干燥过程中食品的物理变化,