Transcript 第五章食品的干制保藏

第五章
食品的干制保藏技术
本章重要的知识点
干制过程的湿热传递
常用的干燥方法
干燥对食品品质的影响
干燥食品的复水性
5.食品的干制保藏技术
概述
食品干制保藏的概念
 将食品的水分活度降低到一定程度，并维
持其低水分状态长期贮藏的方法。
5.食品的干制保藏技术
典型的干制食品
面条
肉类
休闲食品
糕点
乳制品
茶叶
粮谷类
水果蔬菜
速溶粉
5.食品的干制保藏技术
概述
根据脱水的目的选择
不同的方法和介质。
目的
 减少水分，增加耐藏性
 改善食品加工的质量
 赋予产品特殊的风味
控制参数
 脱水速率、脱水食品的最终含水率及产品的品
质。
5.食品的干制保藏技术
干燥食品的最终水分要求
脱水食品
水分活度
干燥粮谷 0.6～0.80
类
0.2左右
含水量
10～14％
2～3％
干乳制品
0.10～0.35
脱水蔬菜
0.65～0.60
5～10％
14～24％
0. 6以下
4％以下
类
脱水水果
类
烘炒制品
5.食品的干制保藏技术
复习
水分活度与微生物
 AW↓ → 水溶液浓度↑ → 渗透压↑→细胞质壁分离；
水分活度与酶的活性
 AW↓ → 底物难以移动到酶的活动中心 → 酶活性↓
水分活度与其他变质因素
 AW↓ → 游离水↓ → 化学反应速度↓
5.食品的干制保藏技术
干制保藏的基本原理
干制的基本过程
 热量传递给食品→组织内水分向外转移。
 同时存在热量传递和质量传递过程。
5.食品的干制保藏技术
§ 1.食品干制过程中的湿热传递
食品中水溶液形成的水蒸气与空气中的水蒸气都
具有一定的化学势，其差值 ：
＝R（ TS  ln pS  TH ln pH )
TS 、TH分别是食品与环境空气的温度；
pS、pH分别表示食品与环境空气的水蒸气压；
R是气体常数。
5.食品的干制保藏技术
§ 1.食品干制过程中的湿热传递
当Δμ＞0时
脱水过程
 食品中的水蒸气向外界转移是自动过程 ；
当Δμ＜0 时
 空气中的水蒸气向食品中转移是自动过程 ；
当Δμ＝0时
吸水过程
 食品中的水蒸气与空气中的水蒸气处于平衡状态 。
5.食品的干制保藏技术
§ 1.食品干制过程中的湿热传递
问题一：
 食品干制过程热量与质量的传递情况。
问题二：
 哪些是影响食品湿热传递的因素？
问题三：
 如何选择食品干制的工艺条件？
5.食品的干制保藏技术
§1.1.食品的热物理性质
食品的比热 c食／ kJ·kg-1·K-1
c食  [c干 (100  W )  c水W ] / 100
c食  c干  (c水  c干 )W / 100 含水量↓ → c↓
食品的导热系数λ当 ／kJ·m-1·h-1·℃-1
当  水＋固  混  对  辐
含水量↓ → λ↓； 温度↑ → λ↑
食品的导温系数a／m2·h-1

a
c
c干 干物质的比热(一般取1.046kJ·kg-1·K-1)；
c水 水的比热(4.19kJ·kg-1·K-1) ；
W 食品的含水率/%； ρ 食品的密度/kg·m-3。
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§1.2.湿物料在脱水过程中的湿热传递
§1.2.1影响湿热传递的因素
食品的表面积
表面积↑，传递速率↑
干燥介质的温度
温度↑，传递速率↑
空气流速
流速↑，传递速率↑
空气相对湿度
相对湿度↓，传递速率↑
真空度
真空度↑，传递速率↑
食品组成与结构
由比热、导热系数、导温系数反映。
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§1.2.2.湿物料的湿热传递过程
脱水的过程实质上是热量和水分的传递过程。
在蒸汽压差的作用下表面水分扩散到空气中
内部水分转移到表面
湿度梯度
温度梯度
热量由表面向内部传递
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§1.2.2.湿物料的湿热传递过程
湿
热
传
递
过
程
食品表面
给湿过程
食品内部
导湿过程
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§1.2.2.1.给湿过程
湿物料中的水分从表面向加热介质扩散的过程称作
给湿过程。
给湿过程中的水分蒸发强度
760
qm   m ( p饱  p空蒸）
p
（道尔顿公式）
qm — 给湿强度（㎏·m·-2·h-1)
αm — 给湿系数（㎏·m·-2·h-1·kPa-1)
p饱— 湿球温度对应的饱和蒸汽压
p空蒸 — 热空气的水蒸汽压(kPa)
p — 大气压(kPa)
 m  0.0229  0.0174v
v : 介质流速
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§1.2.2.2.导湿过程
在水分梯度作用下，水分由内层向表层扩散的过
程属于导湿过程。
导湿过程中的水分迁移量
qmd   md 0grad u
qmd — 水分的流通密度（㎏·m·-2·h-1)
αmd — 导湿系数 （m·2·h-1)
ρ0 — 单位体积待干食品中绝
对干物质的重量(kg·m-3)
grad u — 水分梯度（㎏· ㎏-1· m-1)
导湿系数αmd反映食品中水分扩散的能力，与温度
和含水量有关。
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§1.2.2.2.导湿过程
导湿系数与含水量的关系
A
水分扩散系数与含水量之间的关系
1—液态毛细管水 2—渗透吸附水 3—蒸汽态毛细管水
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§1.2.2.2.导湿过程
导湿系数与温度的关系：
 导湿系数与食品绝对温度的10～14次方成正比 。
 md  
0
md
T
n
(
)
273  t0
n 为自然数，n =10~14

0
md 为t0温度下的导湿系数。
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§1.2.2.2.导湿过程
雷科夫效应
 水分子的热扩散：温度↑ → 蒸汽压↑→蒸汽分子流向低温处
 毛细管传导：温度↑→毛细管势能↑→水分流向低温处
 水分在毛细管内夹持空气的作用下发生迁移：
温度↑→夹持空气体积↑→压力↑→水分挤向低温处
水分迁移量
qm   md 0 grad 
qmθ :水分湿热传导的流量密度（㎏·m-2·h-1)
δ ：热湿传导系数（kg·kg-1·℃-1)
gradθ ：温度梯度(℃·m-1)
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§1.2.2.2.导湿过程
B点是毛细管水和吸附水的分界点。
Ⅰ－毛细管夹持空气作用
Ⅱ－毛细管势能作用
AB－水蒸汽分子热扩散作用
热湿传导系数与含水量的关系
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§1.2.2.2.导湿过程
综上所述
 干燥过程中，在食品内部可能同时存在导湿现象和热
湿传导现象。
 食品中水分扩散总量等于两者水分扩散量总和：
qm  qmd  qm
  md  0 (grad u  grad  )
 当qmd>qmθ，以导湿性为主，导湿温性成为阻碍因素。
 当qmd<qmθ，水分随热流方向转移，导湿性成为阻碍因素。
5.食品的干制保藏技术
小结
食品干制过程的湿热传递情况
给湿过程
 在蒸汽压差的推动下，水分从物料表面向周围空气的蒸发
转移。
导湿过程
760
qm   m ( p饱  p空蒸）
p
 导湿性：在水分梯度的推动下，水分以液体或蒸汽的形式
向表面的扩散转移。
qmd   md 0grad u
 导湿温性：在温度梯度的推动下，水分从高温处向低温处
移动。
qm   md 0 grad 
 脱水过程中，食品中水分扩散总量等于两者水分扩散量
总和。
qm  qmd  qm
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§1.2.3食品干燥过程特性
食品在常压下脱水经历三个阶段
 预热阶段
 恒速干燥阶段
 降速干燥阶段
描述干燥特性的曲线
 水分变化曲线
 干燥速率曲线
 品温变化曲线
5.食品的干制保藏技术
§1.2.3食品干燥过程特性
含水率变化曲线
 干基含水量随时间的延长而逐渐下降。
 预热阶段
• 含水量缓慢减少
 恒速干燥阶段
• 含水量呈直线下降
 降速干燥阶段
• 含水量下降趋于缓慢，
直至物料平衡水分。
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§1.2.3食品干燥过程特性
干燥速率变化曲线
 单位时间内干基含水量随时间变化的规律
 预热阶段
• 干燥速率由零迅速增至最大值
 恒速干燥阶段
• 干燥速率基本保持恒定不变
A
B
 降速干燥阶段
• 干燥速率迅速下降
C
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D
§1.2.3食品干燥过程特性
温度变化曲线
 脱水过程中物料温度随时间变化的规律。
 预热阶段
• 物料温度迅速上升至湿球温度（液体蒸发温度）
 恒速干燥阶段
主要用于水分蒸发。
 降速干燥阶段
温度（℃)
• 食品表面温度基本保持恒定不变，介质提供的能量
A
B
D
C
• 品温缓慢上升，
到达C点后温度迅速上升直至
与介质干球温度相等。
干燥时间（h)
5.食品的干制保藏技术
§ 1.3. 干制时间的计算
恒速干燥时间计算:
c
W1  Wc

N
• 其中W1：食品的初始含水率； Wc：恒速干燥结束时的含
水率；N：干燥速率.
N  100(qm / R) 0
WC  100uc  100qm R /m 0
其中：uc 恒速干燥期末的含湿量；ψ 形状系数；αm 导湿系数；
qm 给湿强度；R 食品厚度的一半；ρ0单位容积绝对干物质的质量。
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§ 1.3. 干制时间的计算
降速干燥时间计算:
f
W
G c dW

A W N f
 片状食品干燥时间
f

圆柱状食品干燥时间
f

Wc  We
 (0.0848 /  m ) ln(
)
W  We
2
Wc  We
 (0.637 r /  m ) ln(
)
W  We
2
球状食品干燥时间
f
其中：
G ：待干食品的重量
A：待干食品的蒸发面积
Nf：降速干燥速度
δ：片状食品的厚度
r：圆柱状食品的半径
R：球状食品的半径
Wc：临界含水量
We：平衡含水量
W：干燥结束时的含水量
Wc  We
 (0.0506 R /  m ) ln(
)
W  We
2
5.食品的干制保藏技术
1.4.干制工艺条件的选择原则
干制的工艺要求
 将物料中的水分降低到满足贮藏要求的水平；
 最大限度地保持食品的营养素；
 使干制品具有良好的复水性；
 尽可能地杀灭细菌及其芽孢，钝化酶的活力；
 对工艺和设备要求节能，经济实用。
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1.4.干制工艺条件的选择原则
控制介质条件，使食品内部水分扩散速度≥食品表
面水分蒸发速度；
在恒速干燥阶段适当升高介质的温度，可提高干燥
速率；
力求避免在食品内部形成与湿度梯度方向相反的温
度梯度；
降速干燥阶段应适当控制介质条件，降低表面干燥
速率；
脱水末期干燥介质的湿度应根据预期的最终含水量
加以选用。
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§ 2.食品常用的干制方法
常压对流干燥法
接触式干燥法
辐射干燥法
减压干燥法
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§ 3.1. 常压对流干燥法
概念
通过空气的自然对流或强制循环，使物料中的水分经内
部扩散和表面蒸发而脱除。
种类
固定接触式
• 箱式、隧道式、输送带式、泡沫干燥；
悬浮接触式
• 气流干燥、流化床干燥、喷雾干燥、膨化干燥
特点
• 通过介质传递热量和水分；
• 温度梯度和水分梯度方向相反；
• 适用范围广，设备简单易操作，能耗高。
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多层输送带式
5.食品的干制保藏技术
多层输送带式
5.食品的干制保藏技术
双阶段连续输送带式干燥设备
5.食品的干制保藏技术
喷雾干燥
旋转式
雾化器
并流双流体
雾化器
喷泉式双流体
雾化器
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喷雾干燥原理示意图
1.空气过滤器 2.加热器
4.干燥室 5.过滤器
8.旋风分离器 9.风机
3.热风分配器
6.泵
7.离心喷头
10.料液槽
废气
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气流干燥
1.鼓风机
2.加热器
3.空气分配器
4.搅拌机
5.螺旋加料器
6.干燥器
7.分级器
8.旋风分离器
9.星型卸料器
10除尘器
11.引风机
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流化床干燥
 流化床干燥器示意图
1-加料斗；2-风机；3-输料器；4-热风进口；5-干燥室；6-排气口；7-旋风分离器；
8-旋转阀；9-热风分布板；10-热风分配室；11-多孔挡板
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乳粉流化床干燥
乳粉流化床干燥装置
5.食品的干制保藏技术
泡沫层干燥
发泡剂
热浓缩液
冷却器
气体
湿空气
搅打机
干燥器
热风
工艺要求
粉碎机
粉末干制品
 须先行浓缩
 需加入发泡稳定剂
 控制参数：空气温度、相对湿度、空气流速（两段式干燥法）
特点
 形成多孔性结构，含水量极低，干燥速率快，产品品质好；
 存在添加剂残留，对泡沫的均匀性和持续性要求高。
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§ 3.2.接触式干燥法
滚筒干燥
 把附在转动的加热滚筒表面的液体物料以热传
导方式进行水分蒸发的连续化干燥过程。
特点
 物料与热表面无介质
 热量传递与水分传递方向一致
 干燥不均匀、不易控制、制品品质不高
带式真空干燥
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滚筒干燥
滚筒干燥器示意图
a.喷溅加料；b.浸没加料；c.中央注流加料；d.单鼓注流加料
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滚筒干燥
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§ 3.3.辐射干燥法
红外线干燥
 红外线直接照射到食品上，使其温度升高，水
分蒸发而干燥的方法。
微波干燥
 以微波为辐射能，使食品的温度升高，水分蒸
发的干燥方法。
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§3.3.1.红外干燥
a.机理：
 以红外线照射物料，当红外线的发射频率与物料内部基
本质子的固有频率相匹配时，就会产生类似共振的现象，
引起摩擦发热，从而使物料内部水分蒸发。
b.特点：

干燥速度快，效率高；

吸收均一，产品质量好；

设备操作简单，但能耗较高。
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A
红外干燥
远红外干燥器示意图
A-贮箱；B-红外加热元件；C-输送带；D-振动器；E-暂贮箱
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§3.3.2微波干燥法
a.机理
 物料内部的极性分子在微
波场中产生极化作用，引起高
频振荡，由摩擦发热而使物料
中水分蒸发。
－
＋
b.特点

干燥速度快；

加热均匀，制品质量好；

选择性强；

容易调节和控制；

可减少细菌污染；

设备成本及生产费用高。
＋
－
交变电场引起偶极子转向
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§3.3.2.微波干燥
微波干燥器示意图
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§ 3.4.减压干燥
冷冻干燥
 将食品冻结后，在真空条件下，以冰晶升华的方式除去水分
的干燥方法。
原理
 在低于水的三相点的低温低压下，物料中的水由冰晶直接升
华为水蒸气。
条件
 必须维持足够低的压力和温度
 干燥前必须先经冻结
 升华干燥需要提供升华热
 应及时除去蒸发的水分
5.食品的干制保藏技术
冷冻干燥
冷
冻
干
燥
器
5.食品的干制保藏技术
冷冻干燥
特点：
 产品的色香味和营养成分损失小；
 能保持食品的原有形态；
 产品含水量低，贮存期长；
 不会导致表面硬化；
 能耗大、成本高、干燥速率低、包装要求高。
适用范围
 详见P159
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§ 3.干制品的包装、贮藏和复水
§ 3.1.包装
4.1.1包装前干制品的处理
 回软处理
 防虫处理
 速化复水处理（压片法、刺孔法）
 压块处理
4.1.2对包装材料的要求
 详见P161
4.1.3 常见的包装材料
 金属罐、聚乙烯袋、复合薄膜袋、防潮纸等。
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§ 3.2.贮藏
影响干藏效果的主要因素
 含水量
• 尽量降低干制品的含水量；
 空气相对湿度
• 65％以下；
 温度
• 0～2℃较好，一般不宜超过10～14℃ ；
 光照、氧气等。
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§ 3.3.复水
⑴复原性：
干制品重新吸收水分后，其组织结构、外观品
质和内在质量恢复到原来新鲜状态的程度。
⑵复水性：
指干制品重新吸回水分的程度。
⑶复水比R复： 干制品复水后的沥干重G复与干制品复水前的重
量G干之比。
R复＝（G复 / G干）100％
⑷干燥比R干： 干制品的干前重量与干后重量之比。
R干＝（G原 / G干）100％
⑸复重系数K复：干制品复水后的沥干重G复与干制品原料的鲜重
G原之比。
K复＝（G复 / G原）100％
K复＝（R复 / R干）100％
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§4.食品在干制保藏中的品质变化
§ 4.1.物理变化
 干缩与干裂；溶质迁移；表面硬化、 多孔性
组织的形成；热塑性的出现。
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§ 4.2.化学变化
——营养成分的损失
碳水化合物
 美拉德反应出现褐变；
 温度较高时碳水化合物极易焦化；
 淀粉的糊化 。
脂肪
 氧化酸败
蛋白质
 蛋白质对高温敏感，在高温下蛋白质易变性，（熟化）
 蛋白质的营养质量降低，（氨基酸参与反应数量减少） 。
维生素
 各种维生素是加温干燥中损失比例最大的成分。
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§ 4.2.化学变化
——色泽变化
 色泽随物料的物化性质改变
 呈色成分发生变化
 褐变
——风味变化
 增香
 芳香物质的损失
 异味、煮熟味
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§ 4.3.组织学变化
细胞壁折叠、皱缩，毛细管畸变；
蛋白质持水能力降低；
组织纤维收缩变硬，韧性增加；
多汁性和凝胶形成能力丧失。
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§ 5.加工实例
膨化苹果干
原料清洗
苹果脆片
原料清洗
包 装
去皮去芯
切 片
包 装
膨 化
去皮去芯
脱 油
真空油炸
护 色
干 燥
护 色
切 片
干 燥
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§ 5.加工实例
脱水蔬菜汤料
脱水蔬菜汤料按加工途径分类
 干燥法：由液态汤料浓缩干燥而成；
 混合拌和法：由用干燥物料调配混合而成。
蔬菜汤料原辅材料
 蔬菜、增稠剂、澄清剂、调料等。
干燥法加工脱水蔬菜汤料工艺流程
原料
预处理
煮制
打浆
干制
磨细
混合包装
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第五章思考题
 基本概念：给湿过程、导湿过程、干燥比、复水比、复重系数。
 试述影响食品湿热传递的因素。
 影响干燥速率的食品性质有哪些？他们如何影响干燥速率？
 如果想要缩短干燥时间，该如何从机制上控制干燥过程？
 合理选用干燥条件的原则是什么？
 常见食品的干燥方法有哪些？分析其各自的优缺点。
 干燥为何影响风味和色泽？
 什么是干制品的复水性？如何衡量？
 你认为干燥作为一种食品保藏技术的发展前景如何？
5.食品的干制保藏技术
吸湿等温线
根据产品预期的最
终含水率选择介质
的相对湿度。
水含量（克/克干物质）
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
20
40
60
80
100
相对湿度/%
马铃薯在不同温度下的吸湿等温线
5.食品的干制保藏技术