第二章食品的脱水加工

第二章食品的脱水第二章食品的脱水概述第一节食品的干藏原理第二节食品的干燥机制第三节干制对食品品质的影响第四节食品的干制方法第五节干制品的包装和贮藏本章要求•1.掌握食品干制的基本原理；•2.理解干制的机制，掌握食品干制过程的特性；•3.熟悉食品的干制方法与设备；•4.掌握食品在干制过程中的理化变化；•5.了解干制品的包装和贮藏；•6.熟练掌握水分活度、平衡水分、干制品的复原性和复水性、导湿温性、导湿性的概念。第二章食品的脱水第二章食品的脱水概述1.食品的脱水加工（dehydration）•在不导致或几乎不引起食品性质的其他变化（除水分外）的条件下，从食品中除去水分。•浓缩(concentration)——产品是液态，其中水分含量高，一般在15%以上；•干燥(drying)——产品是固体，最终水分含量低。2.食品脱水加工的特点•食品重量减轻、体积缩小，可节省包装、贮藏和运输费用；便于携带，供应方便；•干燥食品可延长保藏期。第二章食品的脱水概述3.依据食品脱水的原理，食品脱水加工类型有:在常温下或真空下加热让水分蒸发，依据食品组分的蒸汽压不同而分离去除水分至固体或半固体；如干燥或干制依据食品分子大小不同，用膜来分离水分；如超滤、反渗透等，主要是用于浓缩。第二章食品的脱水•本章中所讨论的食品脱水加工是指:采用加热蒸发脱水，几乎完全地除去食品中的水分，使水分含量在15%以下，而食品的其他性质在此过程中几乎没有或者极小地发生变化的干燥方法，即干燥或干制。•食品干燥保藏：脱水干制品在其水分被降低到足以防止腐败变质的程度后，并始终保持低水分可进行长期保藏食品的一种方法。•通常干制品在室温下可以贮藏一年以上。第二章食品的脱水4.食品干藏的历史•一种最古老的食品保藏方法；•我国北魏在《齐民要术》一书中记载用阴干加工肉脯的方法。•在《本草纲目》中，用晒干制桃干的方法。•大批量生产的干制方法是在1875年，将片状蔬菜堆放在室内，通入40℃热空气进行干燥，这就是早期的干燥保藏方法，几乎与罐头食品生产同时出现。•20世纪初，热风干燥生产的脱水蔬菜大规模工业化生产。第二章食品的脱水第二章食品的脱水第一节食品干藏原理•人们已知食品的腐败变质与食品中水分含量具有一定的关系。•但仅仅知道食品中的水分含量还不能足以预言食品的稳定性。如：水分含量高低不同时花生油的水分含量为0.6％时会变质淀粉的水分含量为20％不易变质水分含量基本相同时鲜肉与咸肉；鲜菜与咸菜第二章食品的脱水•存在一个食品中的水能否被微生物、酶或化学反应所利用的问题，即水的可利用度；•一、食品中水分存在的形式：•1.游离水（或自由水）Freewater•指食品或原料组织细胞中易流动、容易结冰也能溶解溶质的这部分水，又称为体相水；•依靠表面附着力、毛细管力和水分粘着力而存在于湿物料中；•在食品加工中所表现出的性质几乎与纯水相同。第二章食品的脱水•2.结合水（或被束缚水）Immobilizedwater•指不易流动、不易结冰（－40℃），不能作为外加溶质的溶剂，被化学或物理的结合力所固定。•化学结合水：经过化学反应后，按严格的数量比例，牢固地同固体间结合的水分；•一般食品物料干燥不能也不需要除去这部分水分；•化学结合水的含量通常是干制品含水量的极限标准。•吸附结合水：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。•胶体颗粒表面第一单分子层的水分结合最牢固。第二章食品的脱水•结构结合水：当胶体溶液凝固成凝胶时，保持在凝胶体内部的一种水分，受到结构的束缚，如果冻、肉冻。•渗透压结合水：指溶液和胶体溶液中，被溶质所束缚的水分。•食品水分被利用的难易程度主要是依据水分结合力或程度的大小而定；•游离水最容易被微生物、酶、化学反应所利用；•结合水难以被利用，结合力或程度越大，则越难以被利用。第二章食品的脱水二、水分活度1.水分活度的定义食品中水的逸度与纯水的逸度之比。水分逃逸的趋势通常可以近似地用水的蒸汽压来表示，在常压（低压）或室温时，f/f0和p/p0数值之差1%，故用p/p0来定义AW是合理的。第二章食品的脱水其中p：食品表面测定的水蒸汽压；p0：相同温度下纯水的饱和蒸汽压。•由于蒸汽压与相对湿度有关，Aw可以用平衡相对湿度（ERH）来表示。Aw=p/p0=ERH•数值上Aw与百分率表示的ERH相等，但含义不同；•Aw反映食品中水分的结合状态；ERH反映与食品相平衡时周围的空气状态。•水分活度测定仪的原理就是测定相对湿度。0ppAw第二章食品的脱水台式水分活度测定仪第二章食品的脱水水分活度数值的意义•Aw=1的水就是自由水(或纯水），可以被利用的水；•Aw1的水就是指水被结合力固定，数值的大小反映了水与非水组分结合的强弱大小；•Aw越小则指水被结合的力就越大，水越难被利用；•水分活度小的水是难以或不可利用的水。第二章食品的脱水2.水分活度大小的影响因素•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•水与非水部分结合的强度•不同的食品，其组分不同，水分含量和Aw都不同；•同一食品，水分含量相同，不同温度下其Aw不同。第二章食品的脱水表2-2常见食品中水分含量与水分活度的关系FoodMoisturecontent(%)WateractivityIce1001.00Ice1000.91Ice1000.82Ice1000.62Freshmeat700.985Bread400.96Marmalade350.86Wheatflour14.50.72Raisin270.60Macaroni100.45Biscuits5.00.20Driedmilk3.50.11Potatochips1.50.080℃-10℃-20℃-50℃第二章食品的脱水3.食品Aw与水分含量的关系——水分吸附等温线吸附：食品水分蒸汽压低于空气的蒸汽压时，食品从它的表面附近空气中吸收水蒸气而增加其水分。解吸：食品水蒸汽压大于空气蒸汽压，食品中水分蒸发，从而水分含量降低。当食品既不从空气中吸收水分也不向空气中蒸发水分时，此时的空气湿度称为平衡相对湿度ERH，与平衡相对湿度相对应的食品水分称为平衡水分。第二章食品的脱水3.食品Aw与水分含量的关系——水分吸附等温线在恒定温度下，以Aw对水分含量作图所得到的曲线称为该食品的水分吸附等温线（MSI)。高水分含量范围的MSI低水分含量范围的MSI第二章食品的脱水3.食品Aw与水分含量的关系——水分吸附等温线•低水分含量范围的水分吸附等温线呈一反S形；•分成Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个区域：•Ⅰ区：BET单层水分含量，食品所含有的不能除去而又很稳定的最大水量，占总水量的1%以下；•Ⅱ区：多层吸附水，通过氢键与相邻的水分子和溶质分子缔合，与Ⅰ区总水分常在总水量的5%以下；•Ⅲ区：在凝胶或细胞体系中被物理截留的体相水，易被脱水除去，占高水分食品总水量的95%以上。第二章食品的脱水（Ⅱ）多层水，通过水-水和水-溶质氢键缔合，为可溶性组分的溶液，大部分在-40℃不被冻结（Ⅲ）体相水，是食品中结合的最弱、流动性最大的水，易干燥除去或结冰，可作为溶剂，容易被酶和微生物利用。（Ⅰ）单分子层水，-40℃不能冻结，不能干燥除去。通过水-离子或水-偶极相互作用被吸附到食品可接近的极性部位如多糖的羟基。低水分含量范围的MSI水分吸附等温线第二章食品的脱水区Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区水分活度0~0.250.25~0.85＞0.85含水量/%0~77~27.5＞27.5冻结能力不能冻结不能冻结正常溶剂能力无轻微-适度正常水分状态单分子水层吸附化合吸附结合水分子层水分凝聚物理吸附毛细管水或自由流动水微生物利用不可利用开始可以利用可利用第二章食品的脱水吸附等温线的加工意义•I单水分子层区和II多水分子层区是食品被干燥后达到的最终平衡水分（一般在5%以内）；这也是干制食品的吸湿区；•III自由水层区，物料处于潮湿状态，高水分含量，是脱水干制区。第二章食品的脱水温度对水分吸附等温线的影响•同一原料随着温度的升高，吸附等温曲线向水分活度增加的方向抬升；•相同水分含量，水分活度随温度增高而增大•相同水分活度，水分含量随温度降低而增大。第二章食品的脱水不同食品吸附等温曲线形状不同•大多数食品的MSI呈S形，也有些呈不同的形状。1——糖果2——喷雾干燥菊苣提取物3——焙烤哥伦比亚咖啡4——猪胰酶提取物5——天然大米淀粉第二章食品的脱水加工对食品水分吸附等温线的影响•食品在相对湿度高的环境中吸附水时Aw和水分含量的关系符合MSI；•在解吸时如湿食品被干燥时或在相对湿度低的环境下释放出水分时，以水分含量与Aw作图得到解吸等温曲线；•两条等温线不重合，相同水分含量下，解吸曲线中Aw比MSI中要低，称为吸附滞后现象。第二章食品的脱水滞后现象的几种解释（1）这种现象是由于多孔食品中毛细管力所引起的，即表面张力在干燥过程中起到在孔中持水的作用，产生稍高的水分含量。解吸（desorption）：干燥过程吸附（sorption）：复水过程•MSI滞后现象的意义•吸附和解吸有滞后圈，说明干制食品与水的结合力下降或减弱了。•解吸和吸附的过程在食品加工中就是干燥和复水的过程，这也可解释干制品复水性的减小。（2）另一种假设是在获得水或失去水时，体积膨胀或收缩引起吸收曲线中这种可见的滞后现象。第二章食品的脱水三、水分活度与食品保藏性的关系1.Aw对微生物生长的影响不同类群微生物生长繁殖的最低Aw的范围是：大多数细菌0.94~0.99；大多数霉菌0.80~0.94大多数耐盐细菌0.75；耐干燥霉菌和耐高渗透压酵母0.60~0.65Aw0.60，绝大多数微生物无法生长。细菌形成芽孢时比繁殖生长所需的Aw高；微生物产生毒素时所需的Aw高于生长时所需的数值。范围aw在此范围内的最低水分活度一般所能抑制的微生物在此水分活度范围的食品1.0~0.95假单胞菌、大肠杆菌变形杆菌、志贺氏菌属、克霍伯氏菌属、芽孢杆菌、产气荚膜梭状芽孢杆菌、一些酵母极易腐败变质（新鲜）食品、罐头水果、蔬菜、肉、鱼以及牛乳；熟香肠和面包；含有约40%（w/w）蔗糖或7%氯化钠的食品0.95~0.91沙门氏杆菌属、溶副血红蛋白弧菌、肉毒梭状芽孢杆菌、沙雷氏杆菌、乳酸杆菌属、足球菌、一些霉菌、酵母（红酵母、毕赤氏酵母）一些干酪（英国切达、瑞士、法国明斯达、意大利菠萝伏洛）、腌制肉（火腿）、一些水果汁浓缩物；含有55%（w/w）蔗糖或12%氯化钠的食品0.91~0.87许多酵母（假丝酵母、球拟酵母、汉逊酵母）、小球菌发酵香肠（萨拉米）、松蛋糕、干的干酪、人造奶油、含65%（w/w）蔗糖（饱和）或15%氯化钠的食品0.87~0.80大多数霉菌（产生毒素的青霉菌）、金黄色葡萄球菌、大多数酵母菌属（拜耳酵母）SPP、德巴利氏酵母菌大多数浓缩水果汁、甜炼乳、巧克力糖浆、槭糖浆和水果糖浆、面粉、米、含有15~17%水分的豆类食物、水果蛋糕、家庭自制火腿、微晶糖膏、重油蛋糕0.80~0.75嗜旱霉菌（谢瓦曲霉、白曲霉、WallemiaSebi）、二孢酵母果酱、加柑橘皮丝的果冻、杏仁酥糖、糖渍水果、一些棉花糖0.75~0.65耐渗透压酵母（鲁酵母）、少数霉菌（刺孢曲霉、二孢红曲霉）含有约10%水分的燕麦片、颗粒牛扎糖、砂性软糖、棉花糖、果冻、糖蜜、粗蔗糖、一些果干、坚果0.65~0.60微生物不增值含约15~20%水分的果干、一些太妃糖与焦糖；蜂蜜0.5微生物不增值含约12%水分的酱、含约10%水分的调味料0.4微生物不增值含约5%水分的全蛋粉0.3微生物不增值含约3~5%水分的曲奇饼、脆饼干、面包硬皮等0.2微生物不增值含约2~3%水分的全脂奶粉、含约5%水分的脱水蔬菜、含约5%水分的玉米片、家庭自制的曲奇饼、脆饼干第二章食品的脱水食品中水分活度与微生物生长关系第二章食品的脱水三、水分活度与食品保藏性的关系2.Aw对酶活性的影响•影响途径包括：（1）水作为运动介质促进扩散;（2）稳定酶的结构和构象;（3）水是水解反应的底物;（4）破坏极性基团的氢键;（5）从反应复合物中释放产物。•低水分干制品中酶