江南大学食品工艺学夏文水讲稿

江南大学食品工艺学夏文水讲稿内容摘要：

（ 3）细胞结构： 细胞结构间的水分比细胞内的水更容易除去。 （ 4）溶质的类型和浓度： 溶质与水相互作用，抑制水分子迁移，降低水分转移速率， 10 干燥慢。 思考题 ① 简述干燥机制。 ② 简述干制过程特性。 ③ 如果想要缩短干燥时间，该如何控制干燥过程。 四、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： （ 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。 在导热性较小的食品中，若水分蒸发速率大于食品内部的水分扩散速率，则表面会迅速干燥，表层温度升高到介质温度，建立温度梯度，更不利于内部水分向外扩散，而形成干硬膜。 办法 需降低空气温度和流速，提高空气相对湿度。 （ 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。 （ 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。 要降低干燥介质的温度，务使食品温度上升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℃）。 （ 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 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 （一）物理变化 （ 1）干缩、干裂； （ 2）表面硬化； （ 3）多孔性； （ 4）热塑性 加热时会软化的物料如糖浆或果浆。 （二）化学变化 （ 1）营养成分 ① 蛋白质； ② 碳水化合物； ③ 脂肪；高温脱水时脂肪氧化比低温时严重 ④ 维生素； （ 2）色素； ① 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）； ② 天然色素：类胡萝卜素、花青素、叶绿素。 ③ 褐变： 糖胺反应 (Maillard)、酶促褐变、焦糖化、其他。 （ 3）风味 ① 引起水分除去的物理力，也会引起一些挥发物质的去处； ② 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 干制品复水后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、 11 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。 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： R 复 =G 复 /G 干。 G 复：干制品复水后沥干重， G 干：干制品试样重。 复重系数： K 复 = G 复 / G 原。 G 原：干制前相应原料重。 干燥比： R 干 =G 原 /G 干。 三、食品的干制方法的选择： ① 干制时间最短； ② 费用最低； ③ 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。 第四节 食品的干制方法 干制方法可以区分为自然和人工干燥两大类。 自然干制：在自然环境条件下干制食品的方法：晒干、风干、阴干。 人工干制：在常压或减压环境重用人工控制的工艺条件进行干 制食品，有专用的干燥设备。 常见设备有空气对流干燥设备、真空干燥设备、滚筒干燥设备。 一、空气对流干燥 空气对流干燥时最常见的食品干燥方法，这类干燥在常压下进行，食品也分批或连续地干制，而空气则自然或强制地对流循环。 流动的热空气不断和食品密切接触并向它提供蒸发水分所需的热量，有时还要为载料盘或输送带增添补充加热装置。 采用这种干燥方法时，在许多食品干制时都会出现恒率干燥阶段和降率干燥阶段。 因此干制过程中控制好空气的干球温度就可以改善食品品质。 （一）柜式干燥设备 （ 1）特点：间歇型，小批量、设备容量小、操作 费用高。 （ 2）操作条件： 空气温度 94℃，空气流速 24m/s。 （ 3）适用对象 ① 果蔬或价格较高的食品。 ② 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。 （二）隧道式干燥设备 一些定义： ① 高温低湿空气进入的一端 —— 热端 ② 低温高湿空气离开的一端 —— 冷端 ③ 湿物料进入的一端 —— 湿端 ④ 干制品离开的一端 —— 干端 ⑤ 热空气气流与物料移动方向一致 —— 顺流 ⑥ 热空气气流与物料移动方向相反 —— 逆流 （ 1）逆流式隧道干燥设备 湿端即冷端，干端即热端。 湿物料遇到的是低温高湿空气，虽然物料含有高 水分，尚能大量蒸发，但蒸发速率较慢，这样不易出现表面硬化或收缩现象，而中心有能保持湿润状态，因此物料能全面均匀收缩，不易发生干裂 —— 适合于干制水果。 干端处食品物料已接近干燥，水分蒸发已缓慢，虽然遇到的是高温低湿空气，但干燥仍然比较缓慢，因此物料温度容易上升到与高温热空气相近的程度。 此时，若干物料的停留时 12 间过长，容易焦化，为了避免焦化，干端处的空气温度不易过高，一般不宜超过 6677℃。 由于在干端处空气条件高温低湿，干制品的平衡水分将相应降低，最终水分可低于 5%。 注意问题： 逆流干燥，湿物料载量不宜过多 ，因为低温高湿的空气中，湿物料水分蒸发相对慢，若物料易腐败或菌污染程度过大，有腐败的可能。 载量过大，低温高湿空气接近饱和，物料增湿的可能。 （ 2）顺流隧道式干燥 湿端即热端， 冷端即干端。 湿物料与干热空气相遇，水分蒸发快，湿球温度下降比较大，可允许使用更高一些的空气温度如 8090℃，进一步加速水分蒸干而不至于焦化。 干端处则与低温高湿空气相遇，水分蒸发缓慢，干制品平衡水分相应增加，干制品水分难以降到 10%以下，因此吸湿性较强的食品不宜选用顺流干燥方式。 顺流干燥，国外报道只用于干制葡萄。 （ 3）双阶段 干燥 顺流干燥：湿端水分蒸发率高； 逆流干燥：后期干燥能力强； 双阶段干燥：取长补短。 ① 特点：干燥比较均匀，生产能力高，品质较好 ② 用途：苹果片、蔬菜（胡萝卜、洋葱、马铃薯等） 现在还有多段式干燥设备，有 3， 4， 5 段等，有广泛的适应性。 （三）输送带式干燥 特点：操作连续化、自动化、生产能力大。 （ 1）多层输送带 特点： 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、占地少。 （ 2）双带式干燥 （四）气流干燥 用气流来输送物料使粉状或颗粒食品在热空气中干燥。 特点： 干燥强度大，悬浮状 态，物料最大限度地与热空气接触； 干燥时间短， ~5 秒，并流操作； 散热面积小，热效高，小设备大生产； 适用范围广，物料 (晶体 )有磨损 ,动力消耗大。 适用对象：水分低于 35%~40%的物料。 （五）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）。 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。 （六）仓贮干燥 适用于干制那些已经用其他干燥方法去除大部分水分而尚有部分残余水分需要继续清除的未干透的制品。 优点：比较经济而且不会对制品造成热损害。 （七）泡沫干燥 ① 工作原理：将液态或浆质态物料首先制成稳定的泡沫料，然后在常压下用热空气干燥。 ② 造泡的方法：机械搅拌，加泡沫稳定剂，加发泡剂。 ③ 特点：接触面大，干燥初期水分蒸发快，可选用温度较低的干燥工艺条件。 ④ 适用对象：水果粉，易发泡的食品。 （八）喷雾干燥 喷雾干燥就是将液态或浆质态的食品喷成雾状液滴，悬浮在热空气气流中进行脱水干燥过程。 13 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。 （ 1）常用的喷 雾系统有两种类型 ① 压力喷雾：液体在高压下（ 7001000kPa）下送入喷雾头内以旋转运动方式经喷嘴孔向外喷成雾状，一般这种液滴颗粒大小约 100300μ m，其生产能力和液滴大小通过食品流体的压力来控制。 ② 离心喷雾：液体被泵入高速旋转的盘中（ 500020200rpm），在离心力的作用下经圆盘周围的孔眼外逸并被分散成雾状液滴，大小 10500μ m。 （ 2） 空气加热系统 蒸汽加热；电加热。 温度 150~300℃，食品体系一般在 200 ℃左右。 （ 3） 干燥室 液滴和热空气接触的地方，可水平也可垂直，为立式 或卧式，室长几米到几十米，液滴在雾化器出口处速度达 50m/s, 滞留时间 5~100 秒，根据空气和液滴运动方向可分为顺流和逆流。 干燥时的温度变化 空气 200℃， 产品湿球温度 80℃。 （ 4） 旋风分离器 将空气和粉末分离，大粒子粉末由于重力而将到干燥室底部，细粉末靠旋风分离器来完成。 （ 5）喷雾干燥的特点 蒸发面积大；干燥过程液滴的温度低；过程简单、操作方便、适合于连续化生产；耗能大、热效低。 （ 6）喷雾干燥的典型产品 奶粉；速溶咖啡和茶粉；蛋粉；酵母提取物；干酪粉；豆奶粉；酶制剂。 （ 7）喷雾干燥的发展 与流化床干燥结合的两阶段干燥法； 再湿法和直通法。 二、接触干燥 被干燥物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干燥，间壁传热，干燥介质可为蒸汽、热油。 ① 特点：可实现快速干燥，采用高压蒸汽，可使物料固形物从 330%增加到 9098%，表面湿度可达 100145℃，接触时间 2 秒 几分钟，干燥费用低，带有煮熟风味。 ② 适用对象：浆状、泥状、液态，一些受热影响不大的食品，如麦片、米粉 （一）滚筒干燥 基本结构： 金属圆筒在浆料中滚动，物料为薄膜状，受热蒸发，热由里向外。 设备类型： (1)单滚筒，示意图； (2)双滚筒，示意图； (3)真空滚筒干燥，示意图。 三、真空干燥 ① 基本结构：干燥箱、真空系统、供热系统、冷凝水收集装置。 ② 特点：物料呈疏松多孔状，能速溶。 有时可使被干燥物料膨化。 ③ 设备类型：间歇式真空干燥和连续式真空干燥（带式输送）。 适用于：水果片、颗粒、粉末，如麦乳精。 四、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，冰直接从固态变成水蒸汽（升华）而脱水，故又称为升华干燥。 要使物料中的 水变成冰，同时由冰直接升华为水蒸汽，则必须要使物料的水溶液保持在三 相点以下。 （ 1） 冷冻干燥的条件： 14 1）真空室内的绝对压力至少＜ 1000Pa，高真空一般达到 1000Pa。 2）冷冻温度＜ 4℃ （ 2） 冻结方法：自冻法，预冻法 自冻法：就是利用物料表面水分蒸发时从它本身吸收汽化潜热，促使物料温度下降，直至它达到冻结点时物料水分自行冻结，如能将真空干燥室迅速抽成高真空状态即压力迅速下降 ,物料水分就会因水分瞬间大量蒸发而迅速降温冻结。 但这种方法因为有液→气的过程会使食品的形状变形或发泡 ,沸腾等 .适合于一些有一定体形的如芋头 \碎肉块 \鸡蛋等。 预冻法：用一般的冻结方法如高速冷空气循环法、低温盐水浸渍法、液氮或氟利昂等制冷剂使物料预先冻结，一般食品在 4℃以下开始形成冰晶体，此法较为适宜。 主要将液态食品干燥。 （ 3）冷冻干燥设备基本结构 冷冻干燥设备组成 见示意图。 和真空干燥设备相同，但要多一个制冷系统 ,主要是将物料冻结成冰块状。 设备类型： 间歇式冷冻干燥设备 (P202)： 隧道式连续式冷冻干燥设备 (P203)：间歇式冷冻干燥设备：隧道式连续式冷冻干燥设备。 （ 4）冷冻干燥的过程 ① 初级干燥阶段 冰晶体形成后，通过控制冷冻室中的真空 度，则冰晶升华，因升华相变是一个吸热过程，需要提供相变潜热或升华热。 在冷冻干燥的初级阶段，随着干燥的进行，食品中的冰逐渐减少，在食品中的冻结层和干燥层之间的 界面被称为升华界面（ sublimation front），确切地说是在食品的冻结层和干燥层之间存在一个扩散过渡区（见图 P91）。 在干燥层中由于冰升华后水分子外逸留下了原冰晶体大小的孔隙，形成了海绵状多孔性结构，这种结构有利于产品的复水性，但这种结构使传热速度和水分外逸的速度减慢，特别是传热的限制。 因此，若采用一些穿透力强的热能如辐射热、红外线、微 波等使之直接穿透到（冰层面）升华面上，就能有效地加速干燥速率。