食品干燥技术

食品干燥技术食工 1103 崔备 2011309200329食品干燥技术顾名思义就是将食品中的水分减少，市食品的品质干燥，从而 达到食品的工艺要求、延长货架期、便于存储运输等目的。食品干燥可采用多种方法，具体选用哪种方法要根据食品的进行选择。加工 要求、品质要求等。干燥技术按照不同的分类方法剋进行如下划分：按操作压力 的不同可以分为常压干燥和真空干燥；按操作方式不同可分为间歇式干燥和连续 式干燥；按热能对湿物料传递方式不同可分为对流干燥、传到干燥和辐射干燥。 其中辐射干燥按传染机理不同又分为远红外干燥和微波干燥。1、远红外干燥远红外干燥是利用远红外线辐射元件发生的红外线为被加热的物体所吸 收，直接转变为热能而使水分得以干燥。红外线是波长在0.72-1000M m范围的 电磁波，一般把5.6-1000M m区域的红外线称为远红外线，而把波长0.56p m 以下的称为近红外线。远红外线在食品干燥领域中的发展很快。因为干燥过程中食品物料表面及内 部分子可同时吸收远红外线，因而干燥速度快、生产效率高，干燥时间一般为近 红外线干燥的1/2,为热风干燥的1/10。远红外干燥可以节约能源，耗电量仅为 近红外干燥的1/2左右，且设备规模小，建设费用低，干燥后产品质量号。远红外干燥技术在谷物中的应用还能起到灭酶作用。谷物中含有多种影响其 品质和贮藏效果的酶，例如脂肪酶、淀粉酶、脂氧化酶等，因此对谷物进行灭酶 处理可以提高其品质、延长贮藏时间。现阶段谷物中常用的灭酶方法主要是添加 抗氧化剂法或酶抑制剂法，但其效果不佳，且污染原料。远红外技术是不错的选 择。以大豆为例，脂氧化酶是一种可以使大豆变质的酶，Kouzeh等【1】发现对大 豆进行60s的红外辐照处理可以使95.5%的脂氧化酶失活，而且与传统灭酶工艺 相比，不会影响大豆本身的品质。与此同时，相关研究人员对其他谷物进行红外 加热实验还发现，在3040C条件下，红外加热会对谷物中的脂肪酶和a -淀粉 酶的酶化反应产生抑制作用，促进酶的灭活。2、真空冷冻干燥真空冷冻干燥又称冷冻升华干燥，简称冻干。它是将湿物料降温冻结，然后 在真空条件下使物料中的水分由固态冰直接升华成水蒸气而排出，从而达到脱水 干燥的目的。整个冻干过程分三个过程，分别是物料的预冻、升华干燥和解析十 燥。冻十技术的特点： 食品在真空条件下干燥，使物料中的易氧化成分不致于氧化变质。同时， 因低压缺氧，能杀死或抑制某些微生物的活力。 食品在低温条件下干燥，使物料中的热敏性成分能够保留下来，营养成分 和风味物质损失少，可以最大限度地保留食品中的原有成分，使食品的色、香、 味都得到较好的保持。 食品物料在脱水前先经过冻结处理，从而凝固形成稳定的骨架结构，再经 真空处理，水分升华实现干燥目的后，骨架结构仍可保持稳定，使干燥制品保持 原有形状。在干燥过程，食品物料会形成多孔结构，获得良好的速溶性和复水性。 食品物料中的水分在冻结处理后以冰品形态存在，原来溶于水的溶解物会 均匀的分布在物料中。真空处理时这些溶解物质会析出，避免了物料内部水分向 表面迁移所携带的溶解物质析出造成表面硬化现象。 冻干的后一阶段仍在真空条件下进行，因而脱水比较彻底，经冻干的制品 水分活度较低，再配以真空或充氮等特殊包装，可以在常温下长期贮藏，这样在 食品运输过程中就不需要再建立耗资巨大的冷链。真空冷冻干燥技术在食品加工中的重要生产工艺：(1) 预冷速率和预冷终点温度。预冷速率优化冻结过程会产生不同粒度 的冰品而直接影响升华干燥速度，结冰速率与冰品形状和数量之间的相互关系， 对于大部分属于块状、条状、片状的果蔬原料，在传统的慢式冷冻干燥工艺条件 下制成的食品品质劣化，而在真空冷冻干燥工艺条件下制成的食品，食品可基本 保持原有的品质，实践表明适当的冷冻方式-预冷动预冻速率既不影响产品质量， 又可加快干燥速率。预冻终点温度优化冻十食品在升华干燥时，物料有部分液 体存在，在真空下会迅速蒸发，造成液体浓缩，营养流失，产品体积缩小。因此 预冻终点温度一般要求低于物料共晶点温度5-10C左右。(2) 加热方式与温度。食品冻十大多采用辐射供热方式，该方式将装有物 料的托盘置于两辐射加热板中间，热量由上下两加热板以辐射的形式传给物料， 其供热温度在水分升华阶段必须维持物料冰层不超过共融点。(3) 干燥室真空度。干燥室真空度的高低与升华、解吸过程的传热、传质 速率关系密切，干燥过程同时进行着热量传递和质量传递两个过程。稳定的真空 度对应着干燥仓内食品稳定的升华温度，也决定了冻十食品残余的含水量。在十 燥过程中，升华受传热还是传质控制是很多种因素影响的，二者可以互相转换。 由此，必须权衡传热、传质的平衡关系，经过试验获得有利于传热和传质的最佳 干燥室真空度的数值。(4) 料盘装载量。干燥时，单位面积料盘上被干燥食品的湿重载装量是决 定干燥时间的重要因素，一般情况下，物料堆积越薄，传热和传质速度越快，干 燥时间越短。单位面积料盘所装载的物料量应该根据加热方式和物料的种类以及 干燥效率综合考虑，一般控制在10-20mm为宜。真空冷冻干燥技术在食品加工方面的应用与实践：目前适用真空冷冻技术干燥加工的食品有近百种，包含了大部分的果蔬、水 产、肉禽等。由于动感技术有着特有的优势，营养保健类食品更是热衷于采用这 一技术，如人参、鲜蜜、鹿茸、花粉等等，同时为了改善一些粉状食品的理化特 性通常也要利用该项技术。利用真空冷冻干燥技术生产的冻十咖啡时目前世界上品质最佳、风味口感最 好的速溶咖啡，它彻底避免了高温干燥咖啡或凝聚增香咖啡生产中高温干燥对咖 啡品质的损害，完好地保留了炒磨咖啡的风味和口感。速冻咖啡的生产流程包括： 预处理一炒一磨碎一萃取一真空浓缩一真空冷冻干燥技术。此外，真空冷冻干燥技术在茶饮料的制作上也得到了应用。随着科学及技术 的发展，人们生活水平的提高，传统的用开水泡茶这一单一的饮茶模式已经难以 满足人们生活的多中要求和快节奏生活的要求。饮用方便、无需到茶渣的速溶茶 及各种茶饮料应运而生。速溶茶的一般工艺：茶叶一拼配一浸提一净化一浓缩一 预冻结一冻十一包装。许多保健作用良好的食品原料，往往在生产加工过程中，由于技术条件和一 些理化参数不稳定，使得其中的功能成分被破坏或损失。如牛奶初乳中含有丰富 的免疫活性物质，其中免疫球蛋白、乳铁蛋白、溶菌酶等免疫成分含量高于常乳 的几十倍至几千倍，是最理想的保健食品添加剂。普通的干燥技术会对这些成分 造成很大的损害，而使用真空冷冻干燥技术能很大程度上的保持其功效。研发中对产品干燥的研究应从哪些方面进行考虑？对产品干燥的研究应该从干燥技术和干燥设备两个方面进行考虑。1、对干燥技术的研究干燥是将液体经过汽化，从固体转为气体的过程，通过出去物料中多余的 水分，得到一定水分含量或质地的产品。干燥技术在现代食品工业中的应用越来 越广泛。但是其传热传质过程复杂，不仅受物料本身结构、理化性质的影响，还 与干燥外部条件如干燥介质、温度、湿度及干燥方式等因素有关。例如干燥过程 控制不当，则会对干燥制品的品质（微观结构、芳香成分、色泽、质构等）产生 不良影响。为提高干燥速率、改善干燥制品品质和改进干燥方法，有必要对干燥 动力学规律进行研究，弄清楚干燥过程中的传热、传质现象及其对产品品质的影 响。目前干燥动力学的研究主要是对含水量和温度的变化规律的研究，进而推导 出水分扩散和温度场的变化对于干燥速率的影响。水分扩散特性的研究对掌握干 燥动力学规律具有重要的意义。物料性质对水分扩散特性的影响 干燥过程中水分的扩散与物料的性质有 着重要的联系。由于物料成分、组织分布、多孔性不同，干燥过程中水分扩散系 数存在很大的差异。例如，在对猪肉干燥中水分迁移的研究发现，脂肪含量的微 量增加会导致水分扩散系数显著的减小，而肌肉纤维的分布方向与水分迁移关系 不明显。其他干燥产品由于内部组织的各向异性，质构分布不均等，在同一干燥 方式下的水分扩散系数也有显著差异。例如，马铃薯、薄荷叶、李子在热风干燥 条件下，温度为60C时，有效水分扩散率分别为4.91X 10-10,0.965X 10-10，3.94 X 10-io /s。相同物料由于成熟度不同，干燥过程也呈明显差异。诸多研究表明干燥工艺参数如温度、湿度、空气流速、薄层厚度等对水分扩 散特性有着极为重要的影响。科学家研究了大蒜的微波干燥过程，比较了多种工 艺参数对水分扩散的影响，结果表明，有效水分扩散率随含水量、空气流速的增 加而减少，随微波输出功率的增加而增加。对苹果的热风干燥研究表明增大空气 流速、升高温度或降低相对湿度，相应的有效水分扩散率值都会增大，显著加快 干燥速率。因此，通过对有效水分扩散率的比较和分析，选用恰当的工艺参数值， 可以为优化干燥工艺，提高生产效率提供理论指导。原料不同的前处理作用也会对水分扩散特性产生影响。食品干燥通常需要对 物料进行一定的前处理，如护色、浸渍、漂烫，用于维护色泽、添加需宜成分、 加快干燥速率等。前处理作用对干燥过程的影响可以通过有效水分扩散率得到具 体体现。科学家研究了不同前处理作用下苹果热风干燥的有效水分扩散率，包括 漂烫、真空浸渍氯化钙溶液、冷冻和挤压4种处理方式，并与空白对照组的结果 进行比较和分析。数据表明冷冻处理过的苹果片具有最大的有效水分扩散率，其 它依次为挤压、热烫、空白对照组，真空浸渍氯化钙溶液对应的值最小。干燥方式对物料干燥动力学有很大的影响。常见的干燥方式如热风干燥、微 波干燥、远红外干燥、喷雾干燥、过热蒸汽干燥、真空冷冻干燥等，由于热量来 源、接触方式、物料环境等条件不一，干燥速率不同，使得物料水分扩散系数表 现出很大的差异。一些学者在红外和热风联合干燥菠萝的研究中发现，红外强度 和热风空气温度对有效水分扩散系数有显著影响，联合干燥显著提高了菠萝的水 分扩散系数。通过对干燥过程中有效水分扩散率的计算，数字、直观地表明不同 干燥方式对干燥产品的适应性，可将有效水分扩散率作为比较干燥速率的快慢、 衡量现有干燥技术性能及选择合适干燥方式的重要指标。出了研究有效水分扩散率，干燥过程中的玻璃化转变也是研究方向之一。食 品是由糖类、脂肪、蛋白质等高分子物质组成的复杂体系，在干燥过程中存在着 玻璃化转变现象。应用玻璃态及玻璃环转变研究理论对食品干燥贮藏的稳定性进 行理论指导。玻璃化转变是指非晶态高聚物从玻璃态到高弹态的转变或者高弹态 到玻璃态的转变。玻璃化转变对食品干燥贮藏有着很大影响。冻十食品可以最大 限度的保持食品本身的色、香、味及营养，同时具有良好的复水性。在冻干过程 中，食品内部未十层的冰品升华为水蒸气后，通过表层已十层疏松多孔结构排出。 适当的提高物料温度，可以强化冰品的升华过程，但应保证物料温度不超过其玻 璃化转变温度。如果食品物料温度高于玻璃化转变温度，会造成其粘度降低，多 孔层发生塌陷，使制品的多种理化指标发生明显变化。多孔层塌陷使物料发生皱 缩、塌陷或气泡膨胀现象，表面多孔通道被堵塞，在冻干过程中，内部大量气化 的水蒸气产生作用力，有可能使液体材料飞溅。因此，物料允许温度应低于塌陷 温度，保证制品的质量。喷雾干燥经常用于液态食品干燥。在喷雾干燥过程中， 不同的工艺及干燥参数会直接影响干燥后的制品价值。玻璃化转变理论对喷雾十 燥过程以及提高干燥后颗粒品质具有很好的指导意义。随着喷雾干燥的进行，食 品物料的温度不断降低，同时物料雾滴由液态向高弹态，再到玻璃态转变。当颗 粒表面接近玻璃态转变温度时，雾滴形成颗粒，如果颗粒内部含有较高水分，会 造成产品的颗粒形态有不规则裂纹；如果颗粒已经形成玻璃体，但颗粒温度高于 其粘流温度时，会从其玻璃态转变为粘流态，显示出黏性流动性质，形成贴壁现 象或颗粒间结块。通过调节喷雾干燥的加工参数、调节食品物料的工艺参数及固 体质量，能有效的改善喷雾干燥效果，获得高质量产品。除此之外，产品的营养成分也是重要指标之一。为保护产品中的营养成分最 大程度保留，就要选择对食品的营养陈芬破坏最少的技术。这儿离不展开叙述了。现代消费者倾向于天然、健康、营养的产品，而且节能环保也成为现代食品 加工的重要发展方向，因此近年来食品干燥设备设计更多的是以产品质量和能耗 作为干燥性能的主要评价指标。太阳能干燥是指利用太阳能辐射和太阳能干燥装置所进行的干燥作业。太阳 能干燥设备是以太阳能利用为主的干燥设备，一般由集热器和干燥室组成，还有 其他如风机、泵、辅助加热设备等辅助设备。太阳能干燥器属于一种节能干燥技 术，有其自身的优势，也有其不足，如受气候条件约束，但如果能够与其他形式 的能源相结合使用会有更加的效果。参考文献：张敏，张鹏.食品干燥技术的研究进展.食品与生物技术学报.2006,25(2) 杨金爱，刘璇，毕金峰等.食品干燥过程中水分扩散特性的研究进展.食品机 械.2012，2(5)高扬，解铁民，李哲滨等.红外加热技术在食品加工中的应用及研究进展。食品与机械.2013,29(2)李建军.远红外干燥技术及应用前景研究.赤峰学院学报.2013,29(3)郭雅翠，杜钦生，朱鸣丽，张玉范.真空冷冻干燥技术在食品工业中的应用.长春大学学报.2008,18(1)尤春玲.真空冷冻干燥技术在食品工业中的应用分析.中国新技术新产品.2010 （18）段振华，汪菊兰.微波干燥技术在食品工业中的应用研究.食品研究与开发.2007,128（1）冯爱国，李国霞，李春艳.食品干燥技术的研究发展.李伟涛，李汴生，俞裕明，杨姗姗，阮征.太阳能干燥设备在食品原料干燥 中的应用.包装与机械.2008,29（10）范松梅.食品干燥技术.科技信息.2012,21谢建松，杨占国，安泽.玻璃化转变对食品干燥贮藏的影响.粮食流通技术.2012, （3）蒋政宏.电机弱磁节能技术在干燥风机上的应用.食品与机械.2012,28（2）