第二章食品脱水与干燥PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第二章 食品的脱水与干燥,一、概述,1.脱水的概念：在不导致或几乎不引起食品性质的其他变化的条件下，从食品中除去水分。,2.类型：包括浓缩与干燥,区别：食品中最终含水量及产品的性质不同,浓缩：产品是液态，含水量一般在15%以上；,干燥：产品是固态，具有固体特性，含水量低。,一般浓缩是干燥的前处理。,3.脱水的方式,根据脱水的原理不同可分为两种。,常温或真空加热：依据食品组分的蒸汽压不同。,膜分离（渗透、反渗透、超滤）：依据分子大小不同。,4.食品干藏：,脱水制品在其水分被降低到足以防止腐败变质的程度后，并始终保持低水分进行长期保藏的一种方法。,食品的干制：就是在人工控制条件下，采用加热蒸发脱水，几乎完全除去食品中水分，是水分含量在15%以下，而食品的其他性质在此过程中几乎没有或极小的发生变化的干燥方法。,干制的目的：,1.将食品中水分降低到一定水平，达到干燥要求,2.要求食品品质变化最小,3.改善食品的质量,干制特点：,干制是一个复杂的物理化学变化过程。,一方面涉及热和物质的传递；另一方面其过程是多相反应，综合化学、物理化学、生物化学、流变学等过程的结果。,食品干制的主要问题,研究干燥物料的特性，科学的选择干燥方法和设备，控制最适合的干燥条件，获得最低能量消耗和最佳产品质量。,5.干制食品的特点,水分含量低，有利于在室温下长期储藏。,重量轻、体积小，便于携带、运输。,是救灾、救急和战备常用的重要物资。,二、食品干藏的原理,1.食品中水分存在的形式：,1）结合水：,定义：是指不易流动、不易结冰，不能作为外加溶质的溶剂，其性质显著不同于纯水。,结合水的类型：,（1）化学结合水：是经过化学反应后，按严格的数量比例，牢固的同固体间结合的水分，只有在化学作用或特别强烈的热处理下才能除去，除去的同时会造成物料物理化学性质的改变，即质变。,在物料中含量小于5-10%，是干制品含水量的极限标准。,（2）吸附结合水：,是指在物料胶体微粒内、外表面上因分子吸附力而被吸着的水分。,物料的胶体微粒具有极大的表面自由能，吸附力某些水分子，胶体表面第一单分子层的水分结合最牢固。,吸附结合水具有不同的吸附力，在干燥过程中除去时要提供水分汽化需要的潜热和水分子脱吸附需要的潜热。,（3）结构结合水：是指当胶体溶液凝固成凝胶时，保持在凝胶体内不的一种水分。,（4）渗透压结合水：是指溶液和胶体溶液中，被溶质束缚的水分。溶液浓度越高，溶质的束缚力越强，十分越难以除去。,2）自由水：,定义：是指食品或原料组织细胞中易流动、易结冰，也能溶解溶质的水分。,类型：毛细管吸附水和物料外表面附着水分,特点：依靠表面附着力、毛细管力和十分粘着力存在于湿物料中；干燥过程中能以液体或蒸汽形式除去。,食品中水分被利用的难易程度，主要依据水分结合力或结合程度的大小而定。,自由水最容易被微生物、酶、化学反应所利用，而结合水则难易被利用，结合力或结合程度越大，越难易被利用。,2.水分活度,1）定义：食品表面测定的水蒸汽压与相同温度下纯水的饱和蒸汽压的比值。,AW=P/P0,AW描述了水在食品中和非水成分相互作用的程度，反映了水与非水成分结合的强弱大小，自由水产生的AW 为1，结合时则小于1。,由于蒸汽压与相对湿度有关，因而食品的AW值与该产品环境的平衡相对湿度ERH相关，也可以用ERH表示。,但两者的意义不同，AW是食品固有的性质，反映了食品中水分的结合状态，即内环境；ERH则反应了与食品相平衡时周围的空气状态，即外环境。,2）影响因素：,通常取决于食品中水分存在的量、温度、水中溶质的浓度、食品成分、AW值等。,简单说影响AW的主要因素是样品的组成与温度，前者更为重要。,3）AW与水分含量的关系,（1）水分吸附等温线,在恒定温度下，AW-水分含量作图得到的曲线称为水分吸附等温线MSI，表示食品平衡使水分含量与外界空气相对湿度之间的关系。,高水分含量的食品的MSI曲线呈反向L形，低水分含量食品的MSI曲线呈反S形。,将MSI曲线划分为,区：最强烈吸附，最少,流动，水分子以离子,或偶极相互作用与可,接近的部位结合，水,与非水成分结合能大，,稳定性强，不易除去，,含量在1%以下。,区：水分子以氢键与相邻水分子和溶质结合，相当于多层吸附水，可溶性成分与不溶性成分对AW影响较大，即物料种类对AW 影响较大，一般在5%以下。,在这区内存在二种水：,吸附在胶体微粒内，外表面力场范围内的水，有较大的表面自由能与水吸附结合，且随分子层增加，吸附力减弱，介于之间。,以胶体物质为骨干形成凝胶时结构内保留的水分，或封闭于细胞内的水分，是渗透压或结构维持水，介于之间。,区：自由水或类似自由水，主要是由充满食品内毛细管中和附着在食品表面的水构成，是在凝胶或细胞体系中被物理截留的体相水，最易被脱水除去，这种水分含量占食品总水分含量的95%以上。,（2）解吸等温曲线,一般说湿物料与周围空气的相互作用有两个方向。,P物料P空气 物料脱水干燥 解吸作用,P物料=P空气 物料中水分与周围空气相对湿度,平衡 AW=ERH%,AW和水分含量的关系在,吸附与解吸过程中不同。,在相同水分含量下，解吸,曲线中AW比MSI要低，,或在相同AW下，解吸中,物料含水量高于MSI，,称为吸附滞后现象。,其原因可以理解为食品干燥后重新吸水时，水分与非水成分的结合力减弱，即如果物料干燥后重新吸湿，为获得同样的平衡湿度，必须具备更高的空气湿度，在相同的额平衡湿度下，吸附湿度解吸湿度。,理由目前尚未有合理解释，可能是：,1.由于毛细管脱水后，空气进入并吸附在管壁上，当重新吸湿时，水分必须要克服毛细管力和空气的阻力，因此，熟料干燥后重新吸湿达到相同的平衡湿度，必须增加空气中的蒸汽压。,2.由于水分或失去水分时，物料体积的变化引起的。,一般情况下，高糖、高果胶物料滞后环主要出现在单分子层，AW0.94，大多数酵母菌要求，大多数霉菌要AW0.75，因此，为了抑制微生物的生长，延长干制品的储藏期，必须将其AW降低到0.60以下。,（2）AW与微生物耐热性,AW可改变微生物对热、光以及化学试剂的敏感性， 高AW时，微生物最敏感；中等AW以下时，微生物最不敏感。,（3）与芽孢的形成、产生毒素,微生物在不同的生长阶段，所需要的AW值不同，细菌在形成芽孢和产生毒素时所需要的AW值要高于生长时所需的数值，如魏化芽孢杆菌繁殖生长时的AW为0.96，而芽孢形成的最适AW为0.993，再如黄曲霉菌生长时需要，而产生毒素时AW则要求0.83.,2）AW与酶的关系,（1）AW与酶活性的关系：,酶的活性高低与很多条件有关，其中AW的影响非常显著，酶反应速度随AW提高而增大，在之间达到最大，大于这个范围酶反应速度下降，可能是过高的AW对酶和底物有稀释作用。,酶以AW之间的关系呈现非线性关系，在AW I温， I总=I湿-I温，此时以导湿性为主，导湿温性为干燥的阻碍因素，但总的水分转移方向是内,外，物料处于干燥阶段。,I湿I温，或I温=0,降率期内要降低V表，避免表面过热,干燥末期，根据干制品的要求合理选择干燥介质的相对湿度,五、干制方法,食品的干制方法可区分为自然干制和人工干制。,自然干制：在自然条件下干燥，如晒干、风干等,人工干制：在常压或减压环境下用人工控制的工艺条件进行干制，有专用的干燥设备，如空气对流干燥设备、真空干燥设备、滚筒干燥设备、冷冻干燥设备等。,1.空气对流干燥：,是以热空气为干燥介质，自然或强制对流循环的方式与食品进行湿热交换的方式。,采用这种干燥的方法，食品一般都会出现恒率干燥期和降率干燥期阶段，因此干燥过程中控制好空气的干、湿球温度就可以改善干制品的品质。,对流干燥主要包括气流干燥、流化床干燥、喷雾干燥等。,1）柜式干燥：,特点：间歇式，小批量，设备容量小，操作费用高,操作条件：空气温度94 ，空气流速2-4m/s,适用对象：果蔬或价格较高食品,作为中试设备，摸索物料干制特,性，为确定大规模工业化生产提供,依据。,2）隧道式干燥：,热端：高温低湿空气进入端,冷端：低温高湿空气离开端,湿端：湿物料进入端,干端：干制品离开端,顺流：热空气气流与物料移动方向一致,逆流：热空气气流与物料移动方向相反,（1）逆流隧道式干燥：,湿端即冷端，干端即热端，物料能全面均匀收缩，不易发生干裂，适用于干制水果，最终水分含量可低于5%。,注意：湿物料载量不宜过多。,过多会造成腐败或污染程度加大，或出现增湿可能。,（2）顺流隧道式：,湿端即热端，冷端即干端。湿物料水分蒸发快，干燥快；但干物料出口处与湿空气相遇，水分蒸发减缓，平衡水分增加，干制品的最终水分含量难以降到10%以下。不适宜吸湿性较强的食品物料。,（3）双阶段干燥：,顺流干燥湿端水分蒸发高，逆流阶段后期干燥能力强，可取长补短，干燥均匀，生产能力强，产品品质好，有广泛的适用性。,3）输送带式干燥：,特点：操作连续化、自动化、生产能力大,有多层输送带式，物料有翻动，物流方向有顺流和逆流，操作连续化、自动化，生产能力大，占地小。,4）气流干燥：,用气流来输送物料，使粉状或颗粒状物料在热空气中干燥。,特点：干燥强度大，物料呈悬浮状态，最大程度与热空气接触，干燥时间短，0.5-5s，并流操作，散热面积小，热效高，小设备大生产，适用范围广，但物料有磨损，动力消耗大。,适用对象：水分低于35-40%的物料,5）流化床干燥：,使颗粒食品在干燥床上呈流化状态或缓慢沸腾状态（与液态相似）,适用对象：粉态食品（固体饮料，造粒后二段干燥）,设备有：单层流化床干燥器，多层流化床干燥器，卧式多室流化床干燥器，喷动流化床干燥器，振动流化床干燥器,6）喷雾干燥：,就是将液态或浆质态物料喷成雾状液滴，悬浮在热空气气流中进行脱水干燥的过程。,设备主要由雾化系统、空气加热系统、干燥室、空气粉末分离系统、鼓风机等主要部分组成,雾化系统主要有离心式、压力式和气流式三种类型,喷雾干燥的过程：,典型的喷雾干燥中同样会经历恒率干燥期和降率干燥期。,特点：,恒率干燥期时间相当短，表面温度可以达到干燥空气的湿球温度。,降速干燥期时间较长，蒸发冷却不足以维持表面温度在湿球温度，使产品表面温度升高，最终达到干燥空气的相同温度。,蒸发面积大，干燥过程液滴温度低，过程简单，操作方便，适合连续化生产，但耗能大，热效低。,典型产品：奶粉、速溶咖啡、茶粉、蛋粉、酵母提取物、干酪粉、豆奶粉以及酶制剂等,产品质量问题：,浓度低、体积较小的食品干燥后会出现粉末太细复水时产生漂浮，遇水成团难以溶解。,产品风味较其他干燥工艺差,粉末颗粒发粘,防治措施：控制水和食品中水分除去的速率,2.接触干燥：,是指被干燥的物料与加热面处于密切接触状态，蒸发水分的能量来自传导方式进行的干燥，间接传热，干燥介质可为蒸汽、热油等。,特点：干燥速度快，可采用高压蒸汽，热效率高，热能经济费用低，但产品带煮熟味,适用对象：浆状、泥状、液态以及受热影响不大的食品物料，如麦片、米粉等。,典型的接触干燥工艺是滚筒干燥：,滚筒在浆料中不断滚动，将物料在不断加热的滚筒表面上铺成薄层，在旋转中水分蒸发至干，被固定或往复运动的刮刀刮下，经输送至贮藏器内进行包装。,3.真空干燥：,在低压条件下（），可在较低温度下（37-82 ）干燥食品的方法。,干燥系统主要有：真空系统、干燥箱、冷凝水收集装置以及加热系统等组成。,特点：干燥温度低时间短；物料呈疏松多孔状和膨化状，产品的溶解性、复水性、色泽和口感较好；产品最终水分含量低；热能利用经济，适应性强。,4.冷冻干燥：,将食品在冷冻状态下，食品中的水变成冰，再在高真空度下，并直接从固态变成水蒸气而达到脱水干燥，故又称冷冻升华干燥。,1）干燥条件：,真空室内的,绝对压力500Pa,冷冻温度-4 ,2）冻结方法：,包括自冻法和预冻法,自冻法：利用物料表面水分蒸发时吸收的汽化潜热，降低物料温度，直至达到冻结。,预冻法：用一般冻结方法使物料先冻结，再装入干燥室内进行冷冻干燥。,要使食品中水最大程度结冰，就应当将食品冻结到最大冷冻浓度（即低共熔浓度），通常食品的冻结温度采用-45-30 。,在冷冻过程中形成的冰晶体的大小对于干燥的影响至关重要，冰晶体大小的形成取决于采用的冻结工艺或冻结速度。,缓慢冻结形成的冰晶体大，干燥时容易留下多孔性通道，干燥快，但物料的弹性、持水性以及品质较差。,冻结速度越快，冰晶体越小，干制品就会具有较好的复原性，但干燥时间较长。冻结过快也会对干制品品质带来影响。,3）冷冻干燥过程：,（1）初级阶段：冰晶体形成后，通过控制冷冻室中的真空度，则冰晶体升华，物料被干燥。因冰晶体升华相变是吸热过程，注意补充相变热或升华热。,初级阶段只能是水分减低到一定程度，一般减少到10-20%，升华温度为-35-5要使食品中水最大程度结冰，就应当将食品冻结到最大冷冻浓度（即低共熔浓度），通常食品的冻结温度采用-45-30 。,随干燥的进行，食品中的冰逐渐减少，在食品中的冻结层和干燥层之间形成一个扩散过渡区。由于干燥时冰晶体升华形成了多孔海绵状结构，使传热速度和水分外逸的速度减缓，限制了干燥的进行。因此采用一些穿透力较强的加热手段有利于加速干燥的进行。,（2）二级阶段：,当食品中的冰全部升华，升华界面消失时，食品中的水分含量在15-20%时，进入二级干燥阶段。,剩余的水分是束缚在玻璃态中的水分，必须补充热量使之加快运动客服束缚外逸出来。,注意：补加热量不能太快，避免干燥食品出现瘪塌，造成干制品密度减小，复水性差。,冷冻干燥的特点：,保持新鲜食品的色、香、味及营养成分，适合热敏性食品及易氧化食品,食品干燥后出现多孔状结构，复原性、复水性好,需要真空和制冷设备，投资费用、操作费用大，产品成本高,一般适用于附加值较高的食品、生物制品等。,六、干制品的包装与贮藏,1.包装前的预处理,1）筛选分级：剔除不合格产品，提高产品质量,2）均湿处理：使水分在干制品内部重新扩散和分布，达到均匀一致的要求,3）灭虫处理：采用烟熏处理,4）压块（片）：将干制品压缩成密度较高的片状或块状，减小体积，有利于运输,5）速化复水处理：采用压片法、刺孔法、刺孔压片法、粉体附聚大颗粒法等方法处理干制品，加快干制品的复水速度。,2.干制品的包装：,1）干制品包装要求：,2）包装容器：,3.干制品的储藏：,思考题,食品中水分存在的形式,AW定义、意义及影响因素,水分吸附等温线分几个区，各区有何特点,导湿性、导湿温性的定义及与食品干燥的关系,干燥曲线有几种，综合曲线解释说明干燥过程,食品干制发生哪些变化，干制对食品品质有何影响,喷雾干燥、冷冻干燥的特点及过程,复原性、复水性、复水系数的概念,