大学课件 食品工艺学 食品的干制保藏

第四章食品的干制保藏食品干制的基本原理食品在干制过程中发生的变化食品的干制方法与技术干制产品的包装与贮藏食品干藏是一种最古老的食品保藏方法；食品干制是一种具有悠久历史的食品加工方法；食品干制在现代食品工业中占有重要的地位。第一节前言食品干制的作用与特点：◆提高食品的保藏性能；◆干制后食品重量轻、体积小，有利于食品的包装和流通；◆形成特殊风味、方便食用；◆设备简单、费用低，易于生产；为了生存，人类摄取食物需要水分；为了生存，人类保存食物必须去除水分；为了更好地生存，人类很多生活资料必为了更好地生存，人类很多生活资料必须彻底地去除水分。---Mr.Yarlish干制的基本概念干燥（Drying）或脱水(Dehydration)：从食品中除去一定数量的水分的过程干燥干燥一般是指自然干燥。（利用自然界能量）脱水一般是指人为控制除去食品的水分。（利用热风、蒸汽、真空、冻结等方法）干制食品的干燥或脱水统称为食品的干制，干制食品所得产品成称为干制食品。食品干藏指在自然条件或人工条件下，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进行长期贮藏的方法。在该干制品的水分含量水平下，一定期间内微生在该干制品的水分含量水平下，一定期间内微生物和酶活动以及害虫等引起的质量下降可以忽略。食品干制的要求：●制品达到一定的水分要求•能较好保持或改善食品品质•能较好保持或改善食品品质•采用的干制方法能耗最低第二节食品干制的基本原理一、干制前食品物料的状态1、按湿物料的外观状态和物理化学性质可分为两大类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；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◆膏糊状物料麦乳精浆料、冰淇淋混料等◆液体物料各种抽提液、悬浮液、乳浊液、各种抽提液、悬浮液、乳浊液、胶体溶液等食品中的水分可分为：游离水（自由水）、结合水2、湿物料的水分状态（Ⅱ）多层水部分为物理或胶体结合水，主要通过水-水和水-溶质氢键同相邻分子缔（Ⅰ）自由水或游离水主要是在细胞体系或凝胶中被毛细管液面表面张力或被物理性截留的水，是食品中结合的最弱，流动性最大的水。可通过干燥除去或易结冰，可作为溶剂，容易被酶和微生物利用。（Ⅲ）化合水水被牢固地吸附，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溶质氢键同相邻分子缔合。可接近的极性部位如多糖的羟基、羰基、NH2，氢键；当所有的部位都被吸附水所占有时，此时的水分含量被称为单层水分含量。此部分水不能被冰冻，不能干燥除去。图食品在低水分含量范围内的吸附等温线的一般形式（20℃）根据水分与固体物料间的结合形式，结合水可分为物理化学结合水和化学结合水。物理化学结合水包括吸附结合水、结构结合水、渗透压结合水，干制可除去部分物理化学结合水。化学结合水在物料中的含量为5％～10％，一般的干燥不能也不需要除去这部分水分，故化学结合水含量通常是干制品含水量的极限标准。3、食品干制与水分活度∮不同物料由于固相组成的差异，即使具有相同的水分含量，在同一温度条件下，物料表面的水分蒸汽压也不相同。∮Aw越接近1.0，说明该食品的易蒸发水分越多；∮随着水分的蒸发减少，食品的水分活度逐渐降低。新鲜果蔬中的水分大部分为游离水。微生物生长繁殖只能利用游离水。干制能除去的水分基本上是游离水。5、干制对微生物和酶活性的影响•食品干制时微生物同时脱水，所处环境不利于微生物生长而处于休眠状态；但当环境湿度增大，微生物随食品的吸湿恢复活动；•干制只能抑制微生物，不能将其全部杀死；•病原菌可以忍受低水分环境，应在干制前将其杀死。干制对酶活性的影响：干制过程中随着水分活度的减少，酶活性降低；干制过程如果时间较长，物品容易发生酶促褐变；通常的干制不能达到完全抑制酶活性的低水分含量（1％）；干制品贮藏过程中发生的褐变通常为非酶褐变；干制前需进行酶的钝化处理。二、食品的干制过程1、食品的干制过程食品的干制过程实质上是热和质的传递过程。传热过程－－将能量传递给食品；传质过程－－促使食品物料中水分向表面传质过程－－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。食品的干制是水分的表面蒸发与内部扩散的结果；食品水分蒸发需要吸收蒸发潜热；干制所需热量由热交换的各种形式提供；热量由热交换的各种形式提供；干制的核心问题：湿热转移食品的风干过程：食品中的水分向空气转移的过程。食品表面所具有的蒸气压与空气湿度的蒸气压差为水分转移的动力。●食品表面蒸气压＞空气蒸气压时，●食品表面蒸气压＞空气蒸气压时，食品表面水分向空气中转移－干燥●食品表面蒸气压＜空气蒸气压时：空气中水分向食品表面转移－吸湿2、干制过程的湿热传递湿热传水分从食品表面向外界蒸发转移给湿过程湿热传递过程内部水分向表面扩散和向外界转移导湿过程食品水分表面水分向环境移动给湿过程加热蒸汽压差形成水分梯度食品干制过程中的水分转移：分转移形成温度梯度导湿过程内部水分向表面移动水分向内部移动导湿性导湿温性加热（1）食品表面的水分转移（给湿过程）给湿过程存在的条件：环境空气处于不饱和状态给湿过程中被干制食品的水分蒸发强度可用下式表示：qm=am(p饱－p空蒸）760/pq：给湿强度（kg·m-2·h-1）qm：给湿强度（kg·m-2·h-1）am:食品给湿系数p饱：与食品表面湿球温度相对应的饱和水蒸气压(kpa)p空蒸:热空气的水蒸气压(kpa)p：环境的大气压(kpa)给湿系数(am)：表示食品表面水分蒸发能力的物理量，一般与干燥介质的流速呈正比。am=0.172+0.1308V给湿强度(qm)的大小主要取决于：空气流速、相对湿度、温度空气流速、相对湿度、温度在干制过程的恒率阶段，物料表面始终保持湿润水分进行蒸发，即给湿过程实为恒率干燥阶段的干制过程。A、水分梯度与水分转移(2)食品内部的水分转移（导湿过程）•食品内部水分在干燥过程中向表面转移、扩散现象通常称为导湿现象（导湿性）。A、水分梯度与水分转移•干制过程中，由于表面水分的不断蒸发，食品的水分含量由表至里逐渐减少，因此，食品内部存在一个由表面指向中心的水分梯度（湿度梯度）。水分梯度的存在引起使内部水分向表层迁移，该过程称之为导湿过程。导湿过程的水分迁移量可由下式进行计算：qmd=-amdρ0gradu(kg·m-2·h-1)amd:食品导湿系数（m2·h-1）ρ0：干制物料单位体积内的绝对干物质重量（kg·m-3）0gradu:水分梯度(kg·kg-1·m-1)温度对导湿系数有明显的影响。在较低温度段，导湿系数随温度的升高而缓慢增大。而缓慢增大。当温度大于70℃以上时，温度变化即使较小，也会引起导湿系数迅速增大。B、温度梯度与水分转移在许多干制方法中，物料表里受热不均匀，导致表面温度高于里层温度，物料本身将热量以传导形式自表面向温度较低的中心转移，由此形成了一个由中心指向表面的温度梯度。在干制过程中，湿物料内部同时存在着温度梯度和水分梯度。温度梯度促使物料内部的水分逆温度梯度的方向转移，这种现象称为导湿温性。由导湿温现象引起的水分转移量:qmd=-amdρ0δgradθ(kg·m-2·h-1)amd:水分扩散系数（m2·h-1）ρ0：干制物料单位体积内的绝对干物质重量（kg·m-3）gradθ:温度梯度(℃·m-1)gradθ:温度梯度(℃·m-1)δ：导湿温系数(kg·kg-1·m-1)导湿温系数δ：表示单位温度梯度时物料内部所形成的水分梯度。水分转移量与温度梯度和水分梯度成呈正比。表面水分扩散到空气中内部水分转移到表面（1）水分梯度ΔM干制过程中潮湿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。TT-ΔTFoodH2O（2）温度梯度ΔT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。这种现象称为导湿温性。MM-ΔMT-ΔT干制过程食品的水分迁移量为导湿现象和导湿温现象所引起的水分迁移量之和。qm=qmd＋qmθ＝amdρ0（gradu＋δgradθ）在大多数干制方法中，物料的传热方向是由表及里，水分的转移方向则由里及表，因温度梯度与湿度梯度两者的方向恰∴qm=qmd－qmθ即温度梯度起阻碍水分由物料内部向表面扩散的作用。好相反，故引起的水分转移方向由表及里。当食品表面温度较高，表面水分含量较少时，往往出现热湿传导占主导地位的现象，使水分向食品内部迁移，如焙烤食品容易出现这种现象。原因：烘烤温度较高；表明硬化，无法形成汽化表面。当温度梯度与湿度（水分）梯度的方向一致时，水分转移总量：qm＝qmd＋qmθ使温度梯度与湿度（水分）梯度方向一致的情况：前期采用较高的温度，随干燥的进行，食品也逐渐被升前期采用较高的温度，随干燥的进行，食品也逐渐被升温；而在干燥后期，为避免食品表面温度过高，降低干燥的温度，使得表面的温度低于食品内部的温度，此时温度梯度方向由表指向内，即与水分梯度方向一致。食品的干制过程一般用干燥曲线、干燥速度曲线、干燥温度曲线组合而完整表达。3、干制过程的特性（1）干燥曲线干燥过程中食品绝对水分与干燥时间的关系曲（2）干燥速率曲线干燥过程中任何时间的干燥速率与该时间的食品绝对水分的关系曲线dW绝/dt＝f(W绝)（3）食品温度曲线干燥过程中食品的温度与干燥时间的关系曲线T＝f(t)水分与干燥时间的关系曲线W绝＝f(t)食品水分含量、干燥速率、食品温度的变化曲线的特征变化主要是由内部水分扩散与表面水分蒸发扩散与表面水分蒸发或外部水分扩散所决定根据三条特性曲线，可将干燥过程分为三个阶段。（Ⅰ）预热阶段（AB）食品干制初期，品温迅速上升，水分开始下降，干燥速率由零增至最大值。干燥速率由零增至最大值。（Ⅱ）恒率阶段（BC）食品水分含量在此阶段呈直线下降，外界供给的热量基本用于水分的蒸发，食品的温度维持不变。•干制过程中食品内部水分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。（Ⅲ）减率阶段（C）当食品的含水量下降到某一数值，如图中的C点时的含水量称为第一临界水分，食品的干燥进入减速干燥阶段。在干燥末期，食品的水分含量按渐进线向平衡水分靠拢。当食品水分达到平衡水分时，食品含水量保持恒定，干燥速度为零，即干燥终止。此时食品的温度与热空气的温度相等。减率阶段又称为物料内部水分迁移控制阶段。产生减率的原因：a实际汽化表面减少随着干燥的进行，物料水分趋于不均匀分布，表面因非结合水分的失去而成为“干区”。b汽化表面的内移干区的形成使汽化表面逐渐向物料内部移动，热质传递途径加长，造成干燥速率下降。c平衡蒸气压下降物料中非结合水分已被除尽，开始汽化各种形式的结合水，平衡蒸汽压将逐渐下降，使传质动力减小，干燥速率随之下降。d物料内部水分扩散受阻某些食品（如面包）在加热过程中，由于表面硬某些食品（如面包）在加热过程中，由于表面硬化而失去汽化表面。水分在物料内部的扩散极慢，且含水量的减少而不断下降。此时干燥速率与空气流速无关。水分的扩散速率与物料厚度的平方成反比，降低物料厚度有助于提高干燥速率。4、影响干燥速度的因素（1）干制条件A、干燥介质的温度B、空气流速B、空气流速C、干燥介质的湿度D、原料的装载量干燥阶段特性变化导湿性和导湿温性作用情况预热阶段干燥速率上升温度上升水分开始下降导湿性引起的水分移动由内向外；导湿温性则相反，但由于内外温差较小，作用不明显。由导湿性和导湿温性解释干燥过程