Transcript 食品干燥与脱水
第四章 食品干燥与脱水 本章学习目的及要求 1.理解水分活度的概念，掌握食品干燥原理； 2.掌握食品干燥过程特性，了解食品干燥的机理； 3.掌握各种因素对干燥速率的影响以及干燥过程中 食品品质发生的变化。 4.在实践中领会各种干燥方法的优缺点。 5.认识干燥食品包装技术和贮运条件的重要性。 食品干藏的概念 指在自然或控制条件下，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。 也指从食品中较完全地去处水分，该条件不导致 或几乎不导致食品性质的其它变化（除水分外）。 干燥的目的 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； 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； 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； 干制食品常常是救急、救灾和战备用的重要物质。 食品干燥过程控制要点 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 第一节 食品干燥保藏原理 1. 水分活度 aw=f/f0 f-食品中水的逸度、f0-纯水的逸度 我们把食品中水的逸度和纯水的逸度之比称为 水分活度。水分逃逸的趋势通常可以近似地用水的 蒸汽压来表示，在低压或室温时，f/f0 和P/P0之差 非常小（<1%），故用P/P0来定义aW是合理的。 定义Aw = P/P0 其中 P：食品中水的蒸汽分压 P0：纯水的蒸汽压（相同温度下纯水的饱 和蒸汽压） 水分活度大小取决于：水存在的量；温度；水中 溶质的浓度、食品成分、水与非水部分结合的强度。 表4-1 常见食品中水分含量与水分活度的关系 测量 利用定义 利用平衡相对湿度的概念 aw×100=相对湿度 具体方法参考Food engineering properties M.M.A.Mao 水分活度对食品的影响 大多数情况下，食品的稳定性（腐败、酶解、 化学反应等）与水分活度是紧密相关的。 1.水分活度与微生物生长的关系 2.干制对微生物的影响 3.水分活度与酶反应和化学反应的关系 水分活度与微生物生长的关系 部分食品的水分活度值 部分微生物生长所需的极限aw值 干制对微生物的影响 低水分活度下，微生物生长受抑制。 芽孢的形成需要高水分，低水分时，芽孢比其营养 体更耐干旱。 干制食品受潮后引起微生物的快速繁殖，芽孢萌芽。 原料干制前污染的产毒菌已产毒素，则干燥后食品 还保留毒素。 水分活度与酶反应的关系 单分子层水以下，酶基本无活性。 每种酶都有发挥活性的最小和最适水分活度。 水解酶一般在高水分活度下酶活高，氧化酶在较低 水分活度下酶活高。 酶在高水分活度下稳定性低，低水分活度时高。 水分活度与化学反应的关系 单分子层水分活度下脂质氧化在主要为自动氧化。 单分子层水分活度上脂质氧化在主要为脂质水解。 高水分活度下，加快由扩散引起的脂氧化速率提高。 色素在干燥时，易出现自动氧化而变色。 干藏原理 将食品中的水分活度降到一定程度，使微生物生 长受到抑制，同时能控制食品中的酶反应和生物化学 反应，使食品在一定的时期内不腐败、不变质而维持 一定的品质。 干制食品发生腐败变质的原因 1. 微生物污染（霉变） 2. 脂肪蛤败 3. 虫害 第二节 食品的干燥过程 食品的热物理性质 食品湿热的传递 食品的干制过程特性 食品湿物料与含湿气体 湿物料的状态与物理性质、含湿气体 物料与空气之间的湿热平衡 吸附与解吸等温线、平衡湿度与吸附湿度、干燥过程 物料水分的变化 干燥过程的湿热传递 食品干燥过程的特性、干燥过程湿物料 的湿热传递、 影响湿热传递的主要因素 湿物料的状态 按湿物料的外观状态和物理化学性质分为两大类： a. 湿固态食品物料 块状物料，如马铃薯、切块胡萝卜等； 条状物料，如刀豆、马铃薯条、香肠等； 片状物料，如叶菜、肉片、葱蒜头片、饼干等； 晶体物料，如葡萄糖、味精、柠檬酸、砂糖等； 散粒状物料，如谷物、油料种籽等； 粉末状物料，如淀粉、面粉、乳粉、豆乳粉等。 b. 液态食品物料 膏糊状物料，如麦乳精浆料、冰淇淋混料等； 液体物料，如各种抽提液、悬浮液、乳浊液和胶 体溶液等。 食品的热物理性质 食品的比热：c 食品的导热系数：λ 食品的导温系数：α=λ/cρ 吸湿等温线 马 铃 薯 吸 湿 等 温 线 食品干燥过程 将能量传递给食品(传热过程) 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(传质 过程) 湿热的转移是食品干燥原理的核心问题 食品干制过程特性 （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。 胡萝卜切片脱水干燥过程中水分含量的变化 （2）干燥速率曲线 – 干燥过程水分的脱除速率与时间的关系。 – 随着热量的传递，干燥速率很快从零升到最高值， 并保持一段时间的衡定，此时为恒速干燥阶段，当 内部水分转移到表面的速率小于水分从表面扩散到 空气中的速度时，进入到降速干燥阶段。 （3）食品温度曲线 干燥过程物料温度随时间变化的曲线。 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）。 在降速干燥阶段，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。 曲线特征的变化主要是内部水分扩散与表面水 分扩散所决定。 干制过程中潮湿食品食品表面水分受热后首先 有液态转化为气态，即水分蒸发，而后，水蒸气从 食品表面向周围介质扩散，此时表面湿含量比物料 中心的湿含量低，出现水分含量的差异，即存在水 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。 食品在热空气中，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 温向低温处转移。这种现象称导湿温性。 食品干制过程特性总结：干制过程中食品内部水分 的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。 干燥机制 1. 导湿性 水分梯度 若用W绝表示等湿面湿含量或水分含（kg/kg 干物质），则沿法线方向相距Δn的另一等湿面上 的湿含量为W绝+ΔW绝。 物体内的水分梯grad W绝为： grad W绝= lim（ΔW绝/Δn）= W绝/n W绝——物体内的湿含量，即每千克干物质内水分 含量（千克） Δn——物料内等湿面间的垂直距离（米） 湿度梯度影响下水分的流向 导湿性引起的水分转移量可按照下述公式求得： i水= -Kγ0（δW绝/ δn）= -Kγ0 W绝Kg/m2·h 其中： i水-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/kg干物质·m2·h） K-导湿系数（m2·h） γ0 -单位潮湿物料容积内绝对干物质重量（kg干物 质/m2 ） W绝-物料水分（kg/kg干物质） 水分转移的方向与水分梯度的方向相反，所 以式中带负号。 需要注意的一点是： 导湿系数在干燥过程中并非稳定不变的，它随 着物料温度和水分而异。 物料水分与导湿系数间的关系 K值的变化比较复杂。当物料处于恒率干燥阶段 时，排除的水分基本上为渗透水分，以液体状态转 移，导时系数稳定不变（DE段）；再进一步排除毛 细管水分时，水分以蒸汽状态或以液体状态转移， 导湿系数下降（CD段）；再进一步为吸附水分，基 本上以蒸汽状态扩散转移，先为多分子层水分，后 为单分子层水分。 2. 导湿温性 在对流干燥中，物料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梯度。 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。 导湿温性是在许多因素影响下产生的复杂现象 高温将促使液体粘度和它的表面张力下降， 但将促使蒸汽压上升，而且毛细管内水分还将受 到挤压空气扩张的影响。结果是毛细管内水分将 顺着热流方向转移。 导湿温性引起水分转移的流量可通过下式计算 求得： i温= -Kγ0δ（δT/ δn） 其中： 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/kg干物质·m2·h） K-导湿系数（m2·h） γ0 -单位潮湿物料容积内绝对干物质重量（kg干物质 /m2 ） δ-湿物料的导湿温系数（1/℃，或kg/kg干物质×℃） 导湿温系数就是温度梯度为1℃/米时物料内 部能建立的水分梯度，即 导湿温性和导湿性一样，会 因物料水分的差异（即物料和水 分结合状态）而异 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。 由导湿性和导湿温性解释干燥过程曲线特征 预热阶段 干燥速率上升 温度上升 水分略有下降 导湿性引起水分由内 向外；导湿温性相反， 但随着内外温差的减 小，其作用减弱 恒率干燥 阶段 干燥速率不变 温度不变 水分下降 导湿性引起水分由内 向外；导湿温性由于 内外几乎没有温差， 因此不起作用 降率干燥 阶段 干燥速率下降 表面温度上升 水分下降 导湿性引起水分 由内向外； 导湿温性相反， 而且随着内 外温差的加大， 其作用增强 影响干制的因素 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。 1. 食品物料的性质 (1)食品成分在物料中的位置 (2)溶质浓度 (3)结合水的状态 (4)细胞结构 2. 空气的湿度 3. 空气温度 4. 空气流速 5. 大气压力或真空度 6. 物料干燥温度 食品的性质的影响 （1）表面积 （2）组分定向 水分在食品内的转移在不同方向上差别很大， 这取决于食品组分的定向。 例如：芹菜的细胞结构，沿着长度方向比横穿 细胞结构的方向干燥要快得多。 （3）细胞结构 （4）溶质的类型和浓度 空气温度 对于用空气作为干燥介质时，提高空气温度，干 燥加快。 由于温度提高，传热介质和食品间的温差越大， 热量向食品传递的速率越大，水分外逸速率因而 加速。 对于一定湿度的空气，随着温度的提高，空气相 对饱和湿度下降，这会使水分从食品表面扩散的 驱动力更大。 另外，温度高，水分扩散速率也加快，使内部干 燥也加速。 注意： 若以空气作为加热介质，温度并非主要因素， 因为食品内水分以水蒸汽状态从它表面外逸时，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。 空气流速 空气流速加快，食品干燥速率也加速。 不仅因为热空气所能容纳的水蒸气量将高于冷空 气而吸收较多的水分； 还能及时将聚集在食品表面附近的饱和湿空气带 走，以免阻止食品内水分进一步蒸发； 同时还因和食品表面接触的空气量增加，而显著 加速食品中水分的蒸发。 空气相对湿度 脱水干制时，如果用空气作为干燥介质，空气相对 湿度越低，食品干燥速率也越快。近 于饱和的湿 空气进一步吸收水分的能力远比 干燥空气差。饱 和的湿空气不能在进一步吸 收来自食品的蒸发水 分。 脱水干制时，食品的水分能下降的程度也是由空 气湿度所决定。食品的水分始终要和周围空气的 湿度处于平衡状态。 干制时最有效的空气温度和相对湿度可以从各种 食品的吸湿等温线上寻找。 大气压力和真空度 大气压越高，水分蒸发需要的温度越高。 在一定真空度下，水分以较低温度蒸发。 操作条件对于干燥的影响 预热阶段 干燥速率上升 温度上升 水分略有下降 导湿性引起水分由 内向外；导湿温性 相反，但随着外温 差的减小，其作用 减弱 恒率干燥 阶段 干燥速率不变 温度不变 水分下降 导湿性引起水分由 内向外；导湿温性 由于内外几乎没有 温差，因此不起作 用。 降率干燥 阶段 干燥速率下降 导湿性引起水分由内向 表面温度上升 外；导湿温性相反，而 且随着内外温差的加大， 水分下降 其作用增强 蒸发和温度 干燥空气温度不论多高，只要由水分迅速蒸发，物 料温度一般不会高于湿球温度。 若物料水分下降，蒸发速率减慢，食品的温度将随 之而上升。 脱水食品并非无菌。 合理选用干制工艺条件 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。 比如。以热空气为干燥介质时，其温度、相对 湿度和食品的温度时它的主要工艺条件。 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。 如何选用合理的工艺条件 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。 • 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。 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。 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。 第三节干制对食品品质的影响 一、干制过程中食品的主要变化 （1）物理变化 – 干缩 – 表面硬化 – 多孔性 – 热塑性 （2）食品发生的化学变化 营养成分的变化（表4－4，5） 食品颜色的变化 食品风味的变化 表4－4 新鲜和脱水干燥食品营养成分比较 表4－5 干燥工艺条件对葡萄糖损耗的影响 高温加热碳水化合物含量较高的食品极易焦化； 缓慢晒干过程中初期的呼吸作用也会导致糖分分解; 还原糖还会和氨基酸反应而产生褐变； 高温脱水时脂肪氧化就比低温时严重得多； 干燥过程会造成维生素损失。 其他化学变化 色泽变化 –色泽随物料本身的物化性质改变（反射、散射、吸 收传递可见光的能力） –天然色素：类胡萝卜素、花青素、叶绿素 –褐变 风味 –引起水分除去的物理力，也会引起一些挥发物质的 去处 –热会带来一些异味、煮熟味 –防止风味损失方法：芳香物质回收、低温干燥、加 包埋物质，使风味固定 二、 干制品的复原性和复水性 复原性：干制品的复原性就是干制品重新吸收水 分后在重量、大小和性状、质地、颜色、风味、结构、 成分以及可见因素（感官评定）等各个方面恢复原来 新鲜状态的程度，是衡量干制品品质的重要指标。 干制品的复水性：新鲜食品干制后能重新吸回 水分的程度，一般用干制品吸水增重的程度来表示 复水比：P109 复重系数 中间水分食品（IMF） （Intermediate moisture foods） 中湿食品指水分一般为15～40％，水分活性在 0.60～0.90 不需要冷藏的食品，也称半干食品。霉 菌常是影响IMF货架期的主要因素。 中湿食品可以常温保藏主要依靠： 1.用脱水干燥方式去除水分，提高可溶性固形物 的浓度以束缚住残留水分，降低水分活性； 2.靠热处理或化学作用抑制杀灭微生物及酶，如 添加山梨酸钾（用量0.06～0.3％）一类防霉剂； 3.添加可溶性固形物（多糖类、盐、多元醇等） 以降低食品水分活性； 4.添加抗氧化剂、螯合剂、乳化剂或稳定剂等添加 剂增加制品的储藏稳定性。 中湿食品加工主要有以下三种工艺 1.混合法（blending） 将各种食品成分分别进行预处理（杀菌、干燥 等），然后再混合（可经挤压）达到所要求的平衡 水分活性。 2.浸渍法（Moist－infusion） 浸渍法也称湿态浸入法。将固状食品块放在水 分活性低的平衡溶液中浸泡或煮制，直到食品材料 达到所需的水分活性，这是我国蜜饯类食品的传统 生产方法。 3.泡制法（dry－infusion ） 泡制法也称干灌入法。将脱水固态食品块浸在 含一定渗透剂的溶液中达到所需的水分活性。通常 以真空干燥或冷冻干燥后干态食品在水分活性低的 浸液中浸渍，直至它沥（吸）干后可含有适宜水分 和水分活性。 干燥食品的最终水分要求 1．粮谷类和豆类 谷物收获和安全储存所要求的水分含量一般种 子类在水分活性0.6～0.80范围内，其水分变化曲线 的斜率很平，1％水分变化可引起0.04～0.08 aw 的 变化。 2．鱼、肉类 仅依靠降低水分活性常难以达到鱼、肉类干制品 的长期常温保藏。因此这类制品的干制过程，常结合 其它保藏工艺，如盐腌、烟熏、热处理、浸糖、降低 pH、添加亚硝酸盐等防腐剂，以达到一定保质期而 不能保持其优良食用品质。 3．乳制品 全脂、脱脂乳粉，通常干燥至水分活性0.2左右， 我国国家标准要求全脂乳粉水分小于2.5～2.75％， 脱脂乳粉水分小于4.0～4.5％，调制乳粉小于2.50～ 3.0％，脱盐乳清粉（特级品）小于2.5％。 4．蔬菜 脱水蔬菜最终残留水分5～10％，相当于水分活性 0.10～0.35。 5．水果 多数脱水干燥水果水分活性在0.65～0.60。 第三节 食品的干燥方法 食品的干制方法选择的依据 干制时间最短、费用最低、品质最高 选择方法时要考虑： 1.不同的物料物理状态不同：液态、浆状、固体、 颗粒 2.性质不同：对热敏感性、受热损害程度、对湿热传 递的感受性 3.最终干制品的用途 4.消费者的要求不同 干燥设备的分类 1.按干燥设备的特征来分类： （1）自然干燥方法（晒干与风干等）； （2）人工干燥方法（如箱式干燥、窑房式干燥、隧 道式干燥、输送式干燥、输送带式干燥、滚筒干燥、 流化床干燥、喷雾干燥、冷冻干燥等）。 2.按干燥的连续性分为： （1）间歇（批次）干燥 （2）连续干燥。 3、以干燥时空气的压力 来分类： （1）常压干燥； （2）真空干燥。 4、以干燥过程向物料供能热的方法来分类： （1）对流干燥； （2）传导干燥； （3）能量场干燥； （4）组合干燥法。 常用于液状和固状食物的干燥型式 一、晒干及风干 晒干是指利用太阳光的辐射能进行干燥的过程。 风干是指利用湿物料的平衡水蒸气压与空气中 的水蒸气压差进行脱水干燥的过程。 晒干、风干方法可用于固态食品物料（如果、 蔬、鱼、肉等）的干燥，尤其适于以湿润水分为主 的物料（如粮谷类等）干燥，炎热干燥和通风良好 的气候环境条件最适宜于晒干。 晒干及风干要求 A.食品晒干有采用悬挂架式，或用竹、木片制成的 晒盘、晒席盛装干燥。物料不宜直接铺在场地上 晒干，以保证食品卫生要求 B.晒干场地宜选在向阳，光照时间长，通风位置 并远离家畜厩棚、垃圾堆和养蜂场，场地便于排 水，防止灰尘及其它废物的污染。 C.为了加速并保证食品均匀干燥，晒干时注意控 制物料层厚度。不宜过厚，并注意定期翻动物料。 自然干燥的特点 A.它具有投资少、管理粗放、生产费用低，能在产 地就地进行干燥。 B.自然干燥还能促使尚未完全成熟的原料在干燥过 程进一步成熟。 C.自然干燥缓慢，干燥时间长。晒干时间随食品 物 料种类和气候条件而异，一般2～3天，长则10多天， 甚至更长时间。 D.干燥最终水分受到限制，常会受到气候条件的影响 和限制。如在阴雨季节就无法晒干，而难以制成品 质优良的产品，甚至还会造成原料的腐败变质。 E.自然干燥还需有大面积的晒场和大量劳动力，生 产效率低，又容易遭受灰尘、杂质、昆虫等污染 和鸟类、啮齿动物等的侵袭，制品的卫生安全性 较难保证。 F.科学利用太阳能，充分利用天然能源。 二、空气对流干燥 空气对流干燥是最常见的食品干燥方法。 A. 热空气是热的载体，也是湿气的载体。而空气则有 自然或强制对流循环，在不同条件下环绕湿物料进 行干燥。空气的量和速度会影响干燥速率。空气的 加热可以用直接或间接加热法。 B.空气对流干燥一般在常压下进行，有间歇式（分 批）和连续式。 C.被干燥的湿物料可以是固体、膏状物料及液体。 (一)箱式干燥 箱式干燥是一种比较简单的间歇式干燥方 法;箱式干燥设备单机生产能力不大，工艺条件 易控制。 按气体与物料流动方式： A. 平行流箱式干燥 B. 穿流箱式干燥 C. 真空箱式干燥 (二)隧道式干燥 A.隧道式干燥使用的设备实际上是箱式干燥设备的 扩大加长，其长度可达10～15m，可容纳5～15 辆装满料盘的小车。 B.可连续或半连续操作。 C.隧道干燥设备容积较大，小车在内部可停留较 长时间，适于处理量大，干燥时间长的物料干燥。 D.干燥介质多采用热空气，隧道内也可以进行中 间加热或废气循环，气流速度一般2～3 m/s。 E.根据物料与气流接触的形式常有逆流式、顺流式 和混流式。 （三）输送带式干燥 A.输送带式干燥装置中除载料系统由输送带取 代装有料盘的小车外，其余部分基本上和隧 道式干燥设备相同。 B.湿物料堆积在钢丝网或多孔板制成的水平循环输 送带上进行的移动通风干燥（故也称穿流带式干 燥），物料不受振动或冲击，破碎少。 C.适于膏状物料和固体物料干燥。 D.在干燥过程，采用复合式或多层带式可使物料 松动或翻转，有利于增加空气与物料的接触面， 加速干燥速率。 E.可减轻装卸物料的劳动强度和费用，便于连续 化、自动化，适于生产量大的单一产品干燥， 以取代原来采用的隧道式干燥。 F.按输送带的层数多少可分为单层带型、复合型多 层带型；按空气通过输送带的方向可分为向下通 风型、向上通风型和复合通风型输送带干燥设备。 （四） 喷雾干燥 喷雾干燥是采用雾化器将料液（可以是溶液、 乳浊液或悬浮液，也可以是熔融液或膏糊液）分 散为雾滴，并用热空气干燥雾滴而完成的干燥过 程。 喷雾干燥方法常用于各种乳粉、大豆蛋白粉、 蛋粉等粉体食品的生产，是食品生产最重要的方 法。 喷雾干燥系统有不同的组成与性能。 料液雾化的方法： （1）气流式喷雾 它是采用压缩空气（或蒸汽）以 很高的速度（300 m·s－1）从喷嘴喷出，利用气 液两相间的速度差所产生的摩擦力，将料液分裂 为雾滴，故也称为双流体喷雾。 （2）压力喷雾 采用高压泵（0.17～0.34 Mpa） 将料液加压，高压料液通过喷嘴时，压力能转 变为动能而高速喷出分散的雾滴。 （3）离心喷雾 料液在高速转盘5000～20000 r/min 或圆周速度为90～150 m/s中受离心力作用从盘的 边缘甩出而雾化。 喷雾干燥特点 (1) 喷雾干燥是非常细小的雾滴与热空气接触，具有 极大的表面积，有利于传热传质过程，因此物料 干燥时间短（几秒至30秒）； (2)干燥温度较低，适于热敏性物料的干燥； (3)可生产粉末状、空心球状或疏松团粒状，且具 有较高的速溶性产品； (4)容易通过改变操作条件以调节控制产品的质量指 标，如粒度分布、最终湿含量等； (5)干燥流程简化，操作在密闭状态下进行，有利于 保持食品卫生、减少污染； (6)所需设备较庞大，空气消耗量大、热利用率低， 动力消耗也较大，因此，喷雾干燥总的设备投资 费用较高。 （五）气流干燥 气流干燥就是将粉末或颗粒食品物料悬浮在热气流 中进行干燥的方法。气流干燥也属流态化干燥技术之一 A.颗粒在气流中高度分散，由于热空气与湿物料直 接接触，使气固相间的传热传质的表面积大大增加， 强化了传热与传质过程，因此干燥时间短（0.5～2 s） B.气固相间的并流操作，可使用高温干燥介质（湿淀 粉干燥可使用400℃热空气），使高温低湿空气与湿 含量大的物料接触，整个干燥过程物料温度也不高。 C.干燥设备体积小，热能利用，如使用400℃以上 高温气体为介质，1kg绝干空气可干燥除湿0.1～ 0.15kg，干燥器的热效率可达60～75％。 D.设备结构简单，占地面积小，处理量大。 E.适应性广，可用于块状、膏糊状及泥状物料。对 散粒状物料，最大粒径可达10mm。 （六）流化床干燥 流化床干燥也称沸腾床干燥,是另一种气流干 燥法。与气流干燥设备最大不同的是流化床干燥物 料由多孔板承托。 流化床干燥用于干态颗粒食品物料干燥，不 适于易粘结或结块的物料。 流化床干燥的特点： （1）物料颗粒与热空气在湍流喷射状态下进行充分 的混合和分散，气固相间的传热传质系数及相应 的表面积均较大，热效率较高，可达60～80％。 （2）由于气固相间激烈的混合和分散以及两者间 快速地给热，使物料床温度均匀、易控制，颗粒 大小均匀。 （3）物料在床层内的停留时间可任意调节，故对 难干燥或要求干燥产品含水量低的过程比较适用。 （4）设备设计简单，造价较低，维修方便。 （七）喷动床干燥 喷动床又称喷泉床，是一种比较新的技术。喷 动床技术可用于干燥、造粒、冷却、混合、粉碎以 及反应等过程。 喷动床干燥器可用于干燥1～8mm的大颗粒物料， 如小麦、豆类、玉米等农产品，喷动流化床又可用于 干燥40～80目或更细一些的粉体物料。 常用的喷动床干燥器有单级及多级型式。按其内 部结构有分布板式及无分布板式喷动床干燥器。 三、传导干燥 传导干燥是指湿物料贴在加热表面上（炉底、 铁板、滚筒及圆柱体等）进行的干燥，热的传递 取决于温度梯度的存在。 传导干燥和传导－对流联合干燥常结合在一起使用。 这种干燥的特点是干燥强度大，相应能量利用率较 高 为了加速热的传递及湿气的迁移，传导干燥过程 都尽量使物料处于运动（翻动）状态，因此有各 种 不同的干燥设备。如转筒干燥，滚筒干燥，真 空干燥，冷冻干燥等。 (一)回转干燥 回转干燥又称转筒干燥，是由稍作倾斜而转动 的长筒所构成 A.回转干燥处理量大，运转的安全性高，多用于含 水分比较少的颗粒状物料干燥。 B.加热介质可以是热气流与物料直接接触方式（类 似 对流干燥），也可以是由蒸汽等热源来加热圆 筒壁。 C.它适于粘附性低的粉粒状物料，小片物料等堆积 密度较小的物料干燥。 D.回转干燥设备占地大，结构复杂，耗材多，投资也 大，目前不少逐渐由沸腾床（流化床）等所取代。 （二）滚筒干燥 滚筒干燥是将物料在缓慢转动和不断加热（用蒸 汽加热）的滚筒表面上形成薄膜，滚筒转动（一周） 过程便完成干燥过程。 A.滚筒干燥可用于液态、浆状或泥浆状食品物料的干 燥；但不适于热塑性食品物料（如果汁类）干燥。 B.滚筒干燥常用蒸汽作为加热源，对于一般的物料,每平 方米物料接触面上的平均干燥速度为10～ 20kg·h/r C.经过滚筒转动一周的干燥物料，干物质可从3～30％ 增加到90～98％，干燥时间仅需2秒到几分钟。 D.根据进料的方式，滚筒干燥设备有浸泡进料、滚筒 进料和顶部进料；根据干燥压力有真空及常压滚筒 干燥；也有单滚筒、双滚筒式或装滚筒等干燥设备。 （三）真空干燥 真空干燥是指在低气压条件下进行的干燥。 A.真空干燥常在较低温度下进行，因此有利于减 少热对热敏性成分的破坏和热物理化学反应的发 生，制品有优良品质，但真空干燥成本常较高。 B.采用真空干燥设备一般可制成不同膨化度的干制品。 C.真空干燥过程食品物料的温度和干燥速度取决于真 空度，物料状态及受热程度。 D.干燥过程热量常靠传导或辐射向食品传递，也 有用热气体或微波作为热源。 真空干燥设备的分类 A.间歇式真空干燥 搁板式真空干燥设备是最常用的间歇式真空干燥设 备，也称为箱式真空干燥设备。常用于各种果蔬制品 （如液体、浆状、粉末、散粒、块片等）的干燥，也 用于麦乳精、豆乳精等产品的发泡干燥。 B.连续式真空干燥 连续式真空干燥是真空条件下的带式干燥 （四）冷冻干燥 冷冻干燥又称升华干燥，是指干燥时物料的水分 直接由冰晶体蒸发成水蒸气的干燥过程。 冷冻干燥是目前食品干燥方法中干燥过程物料温 度最低的干燥，用于果蔬、蛋类、速溶咖啡和茶、低 脂肉类及制品、香料及有生物活性的食品物料干燥。 冷冻干燥时，被干燥的物料首先要进行预冻 （冻结），然后在高真空状态下进行升华干燥. 冷冻干燥的特点 A.冷冻干燥在真空度较高，物料温度低的状态下干 燥，可避免物料中成分的热破坏和氧化作用，较高 保留食品的色、香、味及维生素C； B.干燥过程对物料物理结构和分子结构破坏极小， 能较好保持原有体积及形态，制品容易复水恢复 原有性质与状态； C.冷冻干燥的设备投资及操作费用较高，生产成 本较高，为常规干燥方法的2～5倍。 物料的冻结方法 物料的冻结有两种方法，即自冻法和预冻法。 自冻法:是利用物料表面水分蒸发时从它本身吸 收汽化潜热，使物料温度下降，直至它达到冻结点 时物料水分自行冻结的方法。 该法水分蒸发降温过程容易出现物料变形或发 泡等现象，因此要合理控制真空室的真空度，对外 观形态要求较高的食品物料，干燥会受到限制。此 法的优点是可以降低脱水干燥所需的总能耗。 预冻法:是干燥前常规的冻结方法，如高速冷 空气循环法、低温盐水浸渍法、低温金属板接触法、 液氮、液态二氧化碳等载冷剂喷淋或浸渍法将物料 预先冻结。此法适于蔬菜类等物料冻结。 冷冻速度会对干燥速度产生影响。 冷冻干燥的干燥过程 冷冻干燥的干燥过程包括两个不同的步骤：升 华和解吸，它可以在同一干燥室中进行，也可在不 同干燥室进行。 升华 也称初步干燥，是冷冻干燥的主体部分。 升华温度与压力有密切联系，冻结物料中的水分 在真空条件下要达到纯粹的、强烈的升华。要注 意三个主要条件：即干燥室绝对压力，热量供给 和物料温度。 解吸 当冰晶体全部升华后，第一干燥阶段即完成。 但此时的物料仍有5％以上没有冻结而被物料牢牢吸附 着的水，必须用比初期干燥较高的温度和较低的绝对 压力，才能促使这些水分转移，使产品的含水量降至 能在室温下长期储藏的水平，这就需二次干燥。 影响二次干燥的速度及时间的因素与升华过 程相同，即温度和绝对压力。 冷冻速度对干燥速度的影响 A.冻结速度影响干制品的多孔性。冻结速度愈快， 物料内形成的冰晶体愈微小，其孔隙愈小，干燥 速度愈慢。 B.冷冻速度还会影响物料的弹性和持水性。30℃经15 min 冻结的芦笋和在－15℃温度中冻结的相比，前 者具有较好的弹性和持水性。 C.缓慢冻结时形成颗粒较大的冰晶体，会破坏干制 品的质地并引起细胞膜和蛋白质（如鱼肉）变性。 热量供给控制 热量的提供可来自不同的系统，应用较多的是 接触式冷冻干燥设备。加热板一般用蒸汽或其它热 介质通入板内加热，加热板的温度应以物料所能忍 受的温度为限，一般为38～66℃。 升华干燥时物料形态固定不变，水分子外逸后 留下的是孔隙，形成海绵状多孔性结构。它具有良 好的绝热性，不利于热量的传递。此时，若能利用 辐射热、红外线、微波等能直接穿透干燥层到后移 的冰层界面上，就能加速热量传递，有效增加总的 干燥速率。 增大加热板和物料间距离并提高加热板温度， 热量就能以辐射方式传给物料。 温度控制 A.过度加热会引起物料温度升高，当料温超过冰晶开 始融化温度时，溶液自由沸腾：使溶液中挥发性的芳 香物质损失增加；容易引起泡沫或充气膨胀；液相沸 腾的蒸汽气流带走一些颗粒而造成损失。 B.但有些食品物料能承受有限度的夹层融化，温 度升高对增加干燥速度是有利的，通常可以在 开始融化温度tim和允许融化温度tam两个限度 之间画出一条工作带。 C.食品物料的tim值在－21℃～－51℃之间（对于果 汁甚至可达－70～－80℃），而允许融化的温度 tam在－10℃～32℃之间。 绝对压力影响 在真空室内的绝对压力（总压力）应保持低于物料 内冰晶体的饱和水蒸气压，保证物料内的水蒸气向外 扩散。 冻结物料温度的最低极限不能低于冰晶体的饱和 水蒸气（等于真空室内的压力）相平衡的温度。 如真空室内绝对压力为0.04 kpa (0.3 mmHg)，物 料内冰晶体的饱和水蒸气压和它平衡时相应的温 度为－30℃，因此冻结物料的温度必然高于－30℃。 根据经验，在预先确定物料温度的条件下，最适宜 绝对压力可以定在冰上饱和蒸汽压力的三分之一。 如含糖量高的水果需0.033 kpa (0.25mmHg) 的绝 对压力，而洋葱却需0.17～0.20 kpa。 四、能量场作用下的干燥 能量场作用下的干燥指电磁场和声波场中的干 燥作用。 湿物料中的水分对不同能量场中的能量有特殊的 吸收作用，可促进物料中水分汽化，提高干燥速率。 在能量场中能量的传输依然有对流与传导、辐射， 但也有其特殊的形式和要求。 （一）电磁场中的干燥 电磁场中的干燥主要是利用电磁辐射能作为干燥 能源的干燥。 电磁辐射具有粒子－波的双层性质，以电磁波形 式传播，不同波长（频率）的电磁波都具有一定的 能级和对食品材料的吸收穿性。 常用于食品干燥的电磁波有红外线、远红外线和微波 远红外线干燥的特点 红外（红外线是指波长0.72～1000 μm的电磁波） 及远红外干燥也称热辐射干燥。是由红外线（包括远 红外线）发生器提供的辐射能进行的干燥。远红外线 干燥的特点： A.热源材料选用热辐射率接近黑体的物质，故热辐 射效率高。 B.远红外线辐射热在空气中传播，不存在传热界面， 故传播热损失小，传热效率高，被辐射物料表面 热强度大于对流干燥强度30～70倍以上。 C.多数食品湿物料等有机物，在远红外区具有更多的 吸收带，因此远红外线比一般红外线有更好的干燥 速率。 D.远红外线的光子能量级比紫外线、可见光线都要小， 因此一般只会产生热效果，而不会引起物质的变化， 可减少热对食品材料的破坏作用，而广泛用于食品 干燥。 微波干燥 微波也是一种电磁波，其加热是利用电介质 加热原理。 由于微波在食品材料中的穿透性、吸收性， 使食品电介质吸收微波能在内部转化为热能，因 此微波加热速度快，微波干燥有较高的干燥速率。 对比较复杂形状的物料有均匀的加热性，且 容易控制。 不同含水分食品物料在微波场中，对微波吸收 性不同，含水分高的物料有较高的吸收性，因此微 波干燥有利于保持制品水分含量一致，还具有干燥 食品水分的调平作用。 微波不仅用于常规干燥，也用于真空干燥、冷冻 干燥、对流干燥等场所作为热源使用。 工业微波干燥设备采用频率915 MHz和2450MHz 微波真空技术是一种刚发展起来的新颖干燥技术， 既提高干燥速度，又降低干燥温度，较好地保留食品、 药品等被加工物料原有的色香味、维生素以及生物活 性功能成分，而且能保持食品质构，提高产品的干燥 品质，是一种低温快速干燥方法。 微波真空干燥的特点 1.干燥速度快、干燥时间短 2.产品质量高 3.反应灵敏、便于控制 4.加热均匀 5.加热过程具有自动平衡性能 6.热效率高、设备占地少 （二）声波场中的干燥 声波场干燥也称超声波（指频率20～106 KHz的 电磁波）干燥。 声波场作用于湿物料，可使物料温度有所提高， 并可强化传质过程，使物料干燥速率提高。 不同介质对超声波的吸收不同，各种介质的最 大吸收声波频率也有差异，超声波在辐射介质中的 吸收，会放出一定热量，使介质温度相应提高。 用声波来干燥食品常结合其它干燥方法，利 用热空气和强大的低频声波在干燥室内与湿物料 接触，几秒内即可达到干燥要求，其干燥速率比 常规喷雾干燥、转鼓干燥和真空干燥的速率高3～ 10倍，节约燃料50％。 组合干燥 （1）结合各种干燥方法的组合干燥装置 即利 用两种不同的干燥设备组合起来，先利用第一干燥 器使物料的含水量降至一定值后，再经第二干燥 器，使物料水分及其它指标达到产品要求，以提高 设备生产效率，改善产品质量，如喷雾干燥方法中 速溶奶粉生产的二段法生产工艺。 （2）结合各种热过程的联合干燥装置 就是把干燥、 脱水、冷却等过程组合起来，实现一机多用的目的 外，还可以合理地利用能源，实现生产的连续化。 （3）结合其它过程的联合干燥装置 干燥器附带搅拌 机和粉碎机的联合装置，可大大改善干燥物料流的 流体力学状态，有利于破碎结块和消除粘壁现象， 提高干燥速率。 思考题 1.水分活度概念，其对微生物的影响 2.水分活度对酶及其它反应的影响 3.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 4.在北方生产的紫菜片，运到南方，出现霉变，是什 么原因，如何控制？ 5.如果想要缩短干燥时间，该如何从 控制干燥过程？ 6. 预测微波干燥的干制过程特性