第二章食品的脱水加工-2_食品工艺学

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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、阴干、人工干制:在常压或减压环境中用人工控制的工艺条件进行干制食品,有专用的干燥设备,如:空气对流干燥设备、滚筒干燥设备、真空干燥设备等本节主要讨论人工干制的方法一、空气对流干燥空气对流干燥是最常见的食品干燥方法,这类干燥在常压下进行,食品可分批或连续地干制,而空气则一般为强制地对流循环。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。1.柜(厢)式干燥设备基本结构特点:间歇型,小批量、设备容量小、易控制,但操作费用高操作条件:空气温度94℃,空气流速2-4m/s,时间较长10-20h适用对象果蔬或价格较高的食品或作为中试,摸索物料干制特性,为确定大规模工业化生产提供依据2.隧道式干燥设备为了增加干燥的能力,将干燥室加长,可达十几米到几十米,物料从一头进到另一头出来,即为隧道式干燥设备通常根据热空气流动和物料移动的方向,将隧道式干燥设备分为逆流或顺流隧道式干燥设备•一些基本名称或概念:对于热空气高温低湿空气进入的一端——热端低温高湿空气离开的一端——冷端对于物料湿物料进入的一端——湿端干制品离开的一端——干端对于设备热空气气流与物料移动方向相反——逆流热空气气流与物料移动方向一致——顺流(1)逆流隧道式干燥设备基本结构物料与气流的方向相反,湿端即冷端,干端即热端;系半连续性特点及应用A.湿物料先在冷端遇到的是低温高湿空气,物料因含有高水分,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,而中心又能保持湿润状态,因此物料能全面均匀收缩,不易发生干裂;适合于初期干燥速率过快容易干裂的水果如李、梅等B.干端处食品物料已接近干燥,水分蒸发已缓慢,但因遇到的是高温低湿空气,干燥仍可进行但比较缓慢,干制品的平衡水分可相应降低,最终水分可低于5%;C.干端处物料温度容易上升到与高温热空气相近的程度。此时,若干物料的停留时间过长,容易焦化,为了避免焦化,干端处的空气温度不宜过高,一般不宜超过77℃。D.逆流干燥,湿物料水分蒸发相对慢,总的干燥速率低,故湿物料载量不宜过多,即设备干燥能力将下降;此外,因为在低温高湿的空气中,若物料易腐败或菌污染程度过大,会有腐败的可能。故易腐败的物料不宜采用逆流干燥。(2)顺流隧道式干燥设备基本结构湿端即热端,冷端即干端特点与应用A.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90℃,进一步加速水分蒸发而不至于焦化;B.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。两种干燥设备干燥曲线的比较(3)双阶段干燥设备基本结构顺流干燥:湿端水分蒸发率高逆流干燥:后期干燥能力强,平衡水份低双阶段干燥:取长补短特点:干燥比较均匀,生产能力高,品质较好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。3.输送带式干燥设备(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;减轻装卸物料强度增加了高度,占地少(2)双带式干燥•特点分成两个阶段:第一阶段,区段1,因物料高湿,热空气自下而上;区段2和第二阶段,物料减轻,热空气自上而下,以免吹跑物料;蔬菜脱水干制时,第一阶段,区段1,空气温度可93~127℃,区段2,71~104℃;第二阶段,54~82℃;有利于制成品质优良的产品;占面积大,但投资成本较低;4.气流干燥设备基本结构见图用气流来输送物料使粉状或颗粒食品在热空气中干燥关键的系统有加料器和旋风分离器关键是稳定而均匀加料,加料器结构旋风分离器的工作原理将粉末与空气分离特点干燥强度大,悬浮状态,物料最大限度地与热空气接触(温度121~190℃);干燥时间短,,0.5~5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%、不易结块的物料例如糯米粉、马铃薯颗粒5.流化床干燥设备基本结构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:颗粒或粉粒状食品(固体饮料,造粒后二段干燥)流化床类型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.喷雾干燥设备喷雾干燥就是将液态或浆状食品喷成雾状液滴,悬浮在热空气气流中进行脱水干燥过程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)喷雾系统使液体形成小液滴,产生大量表面积有利于水的蒸发,常用的喷雾系统主要有三类装置:压力喷雾:液体在高压下(700-1000kPa)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100-300μm,其生产能力和液滴大小通过食品流体的压力来控制。离心喷雾:液体被泵入高速旋转的盘中(5000-20000rpm),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10-500μm。气流喷雾:在压力为150~500kPa的压缩空气经双流体喷头内环孔向外喷射时,将同时来自喷头中心孔的液态分散成雾状液滴;三类雾化器的特点型式优点缺点离心式①操作简单,对物料适应性强,适宜于高浓度、高粘度物料的喷雾。②操作弹性大,在液量变化±25%时,对产品质量和粒度分布均无多大影响。③不易堵塞,操作压力低。④产品粒子成球型,外表规则整齐。①喷雾器结构复杂、造价高、安装要求高。②仅适用于立式干燥机,且并流操作。③干燥机塔径大。④制品松密度小。压力式①喷嘴结构简单、维修方便。②可采用多个喷嘴(1-12个)提高设备生产能力。③可用于并流、逆流、卧式或立式干燥机。④动力消耗低⑤制品蓬松⑥塔径较小。①喷嘴易堵塞、腐蚀和磨损。②不适宜处理高粘度物料。③操作弹性小。气流式①可制粒径5μm以下的产品,可处理粘度较大的物料。②塔径小。③并、逆流操作均适宜。①动力消耗大。②不适宜大型设备。③粒子均匀性差。(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约200℃,产品湿球温度一般在80℃以下;(4)空气粉末分离系统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;难以分离的细粉要用布过滤器;(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豆奶粉酶制剂酵母提取物干酪粉(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承载物料的表面以传导方式进行干燥,又称传导干燥间壁传热,而不是加热空气来传热,干燥介质可为蒸汽、热油这类设备的常见例子是滚筒干燥机滚筒干燥设备1.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2.设备类型(1)单滚筒,示意图(2)双滚筒,示意图双滚筒干燥设备系统示意图见P653.特点热传递和质量传递很快,接触时间2秒-几分钟,可实现快速干燥;采用高压蒸汽加热,可使物料固形物从3-30%增加到90-98%,表面温度可达100-145℃,热能经济,干燥费用低;因与高温接触,食品带有煮熟或焦糊味4.适用对象浆状、泥状、糊状、膏状、液态,一些受热影响不大的食品,如麦片、米粉三、真空干燥食品在低气压条件下,热量通常由传导或辐射向食品传递,进行物料干燥。气压愈低,水沸点愈低,易蒸发,可降低干燥温度,减少氧化反应等,适合于不耐高温的食品。1.基本结构干燥箱、真空系统、供热系统、冷凝水收集装置2.设备类型间歇式真空干燥设备连续式真空干燥(带式输送)设备间歇式真空干燥设备系统蒸汽喷射泵抽气系统制冷冷凝器和真空泵组合的抽气系统三级蒸汽喷射泵连续式输送带式真空干燥设备为保证干燥室中真空度,有专门设计的密封性连续进料和出料装置;生产品质优良的橙汁晶粉、速溶茶等;真空与其他干燥设备结合则可形成多种形式的真空干燥设备,如真空滚筒干燥,见书P68真空滚筒干燥3.特点可降低干燥温度;可使水分降低到2%左右物料呈疏松多孔状,能速溶。可使被干燥物料轻微膨化。4.适用对象水果片、颗粒、粉末如麦乳精、速溶茶等思考题解释名称:热端、冷端;干端、湿端;顺流、逆流;简述顺流和逆流干燥设备的区别和特点;在空气对流干燥方法中有那些设备?每类设备的适用性?真空干燥设备的组成和特点;喷雾干燥设备的组成及特点;四、冷冻干燥在高真空度下,如果再将温度降低到食品的冷冻温度下,则食品中的水变成冰,在此条件下,冰会直接从固态变成水蒸汽(升华)而脱水,是一种冷冻温度下的真空干燥,称冷冻升华干燥。利用冰晶升华原理1.冷冻干燥条件要使物料中的水变成冰,同时由冰直接升华为水蒸汽,则必须要使食品物料的水溶液温度保持在三相点以下。纯水三相图见下图O点(固液气)三相点:压力610Pa,温度0℃,BO:升华曲线,OA:液化曲线对于食品来说,因食品水分中有溶质,是含有多种溶质的混合溶液,溶液冻结时则成为低共熔混合物或共晶溶液;当共晶溶液开始冻结的温度称为共晶点温度,它是溶液完全冻结固化的最高温度;冻结固化点也是熔化开始点,所以共晶点温度也称为共熔点温度。随着食品水溶液浓度增加,其共晶点或共熔点温度和它的水蒸气压都相应下降。故食品水冻结时要低于0℃;一般在-4℃以下;压力要小于600Pa冷冻干燥条件(1)食品冷冻温度<-4℃;(2)食品升华一般要绝对压力<500Pa,最高真空一般达到15~5Pa。2.食品的冻结食品中的水被最大量地冻结;食品冻结对干燥的影响;食品冻结方法;(1)最大冻结浓度食品在冻结时,先是自由水会结晶析出,剩下溶液的溶质浓度增加,冰点下降,随着冷冻进行,最终达到最大冻结浓度;此时为最低共熔点,当温度下降到此点以下时,溶液被全部冻结,确切地说是非结晶性的玻璃态;要使食品中水被最大程度冻结,通常食品的冻结温度采用-45~-30℃(2)冰晶体大小对干燥的影响缓慢冻结时形成的冰晶体大,当升华时留下多孔性通道,干燥速度快;冻结速度快,冰晶体小,干制品有较好的复原性;干燥时间要长一点;(3)常见的冻结方法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食品如芋头、碎肉块、果蔬等。预冻法将要冻干的食品物料预先用制冷机或系统如液氨、液氮或氟利昂制冷,进行冻结,或在冻库中冷冻;一般食品在-4℃以下开始形成冰晶体,此法较为适宜,主要是用于液态食品干燥.3、冷冻干燥过程食品冷冻干燥曲线食品温度变化曲线(表面、中心);食品水分含量变化曲线;加热板温度变化曲线;真空度变化曲线;载量150g/cm2;物料大小0.64cm;干燥室平均压力200Pa;初始水分90%,最后水分3%,湿物料重量760kg;最初水分684kg。1.加热板温度;2.物料表面温度;3.干燥曲线牛肉冻干曲线牡蛎冻干曲线生牛肉接触加热冻干曲线(1)初级干燥(Prim
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