第二章食品的脫水加工-2-食品工藝學(xué)

第四節(jié)食品的干制方法干制方法可以區(qū)分為自然和人工干燥兩大類自然干制：在自然環(huán)境條件下干制食品的方法：曬干、陰干、人工干制：在常壓或減壓環(huán)境中用人工控制的工藝條件進(jìn)行干制食品，有專用的干燥設(shè)備,如：空氣對流干燥設(shè)備、滾筒干燥設(shè)備、真空干燥設(shè)備等本節(jié)主要討論人工干制的方法一、空氣對流干燥空氣對流干燥是最常見的食品干燥方法，這類干燥在常壓下進(jìn)行，食品可分批或連續(xù)地干制，而空氣則一般為強制地對流循環(huán)。流動的熱空氣不斷和食品密切接觸并向它提供蒸發(fā)水分所需的熱量，有時還要為載料盤或輸送帶增添補充加熱裝置采用這種干燥方法時，在許多食品干制時都會出現(xiàn)恒率干燥階段和降率干燥階段。因此，干制過程中控制好空氣的干球溫度就可以改善食品品質(zhì)。1.柜（廂）式干燥設(shè)備基本結(jié)構(gòu)

特點：間歇型，小批量、設(shè)備容量小、易控制，但操作費用高操作條件：空氣溫度<94℃，空氣流速2-4m/s，時間較長10-20h適用對象果蔬或價格較高的食品或作為中試，摸索物料干制特性，為確定大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)2.隧道式干燥設(shè)備

為了增加干燥的能力，將干燥室加長，可達(dá)十幾米到幾十米，物料從一頭進(jìn)到另一頭出來，即為隧道式干燥設(shè)備通常根據(jù)熱空氣流動和物料移動的方向，將隧道式干燥設(shè)備分為逆流或順流隧道式干燥設(shè)備

一些基本名稱或概念：對于熱空氣高溫低濕空氣進(jìn)入的一端——熱端低溫高濕空氣離開的一端——冷端對于物料濕物料進(jìn)入的一端——濕端干制品離開的一端——干端對于設(shè)備熱空氣氣流與物料移動方向相反——逆流熱空氣氣流與物料移動方向一致——順流(1)逆流隧道式干燥設(shè)備基本結(jié)構(gòu)

物料與氣流的方向相反，濕端即冷端，干端即熱端；系半連續(xù)性特點及應(yīng)用A.濕物料先在冷端遇到的是低溫高濕空氣，物料因含有高水分，尚能大量蒸發(fā)，但蒸發(fā)速率較慢；這樣不易出現(xiàn)表面硬化或收縮現(xiàn)象，而中心又能保持濕潤狀態(tài)，因此物料能全面均勻收縮，不易發(fā)生干裂；適合于初期干燥速率過快容易干裂的水果如李、梅等

B.干端處食品物料已接近干燥，水分蒸發(fā)已緩慢，但因遇到的是高溫低濕空氣，干燥仍可進(jìn)行但比較緩慢，干制品的平衡水分可相應(yīng)降低，最終水分可低于5%；C.干端處物料溫度容易上升到與高溫?zé)峥諝庀嘟某潭?。此時，若干物料的停留時間過長，容易焦化，為了避免焦化，干端處的空氣溫度不宜過高，一般不宜超過77℃。D.逆流干燥，濕物料水分蒸發(fā)相對慢，總的干燥速率低，故濕物料載量不宜過多，即設(shè)備干燥能力將下降；此外，因為在低溫高濕的空氣中，若物料易腐敗或菌污染程度過大，會有腐敗的可能。故易腐敗的物料不宜采用逆流干燥。（2）順流隧道式干燥設(shè)備基本結(jié)構(gòu)

濕端即熱端，冷端即干端特點與應(yīng)用A.濕物料與干熱空氣相遇，水分蒸發(fā)快，濕球溫度下降比較大，可允許使用更高一些的空氣溫度如90℃，進(jìn)一步加速水分蒸發(fā)而不至于焦化；B.干端處則與低溫高濕空氣相遇，水分蒸發(fā)緩慢，干制品平衡水分相應(yīng)增加，干制品水分難以降到10%以下；因此,吸濕性較強的食品不宜選用順流干燥方式。兩種干燥設(shè)備干燥曲線的比較（3）雙階段干燥設(shè)備基本結(jié)構(gòu)

順流干燥：濕端水分蒸發(fā)率高

逆流干燥：后期干燥能力強，平衡水份低雙階段干燥：取長補短特點：干燥比較均勻，生產(chǎn)能力高，品質(zhì)較好用途：蘋果片、蔬菜（胡蘿卜、洋蔥、馬鈴薯等）現(xiàn)在還有多段式干燥設(shè)備，有3，4，5段等，有廣泛的適應(yīng)性。3.輸送帶式干燥設(shè)備(1)多層輸送帶特點：物料有翻動物流方向有順流和逆流操作連續(xù)化、自動化、生產(chǎn)能力大；減輕裝卸物料強度增加了高度，占地少（2）雙帶式干燥特點分成兩個階段：第一階段，區(qū)段1，因物料高濕，熱空氣自下而上；區(qū)段2和第二階段，物料減輕，熱空氣自上而下，以免吹跑物料；蔬菜脫水干制時，第一階段，區(qū)段1，空氣溫度可93~127℃，區(qū)段2，71~104℃；第二階段，54~82℃；有利于制成品質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品；占面積大，但投資成本較低；4.氣流干燥設(shè)備基本結(jié)構(gòu)見圖用氣流來輸送物料使粉狀或顆粒食品在熱空氣中干燥關(guān)鍵的系統(tǒng)有加料器和旋風(fēng)分離器

關(guān)鍵是穩(wěn)定而均勻加料，加料器結(jié)構(gòu)旋風(fēng)分離器的工作原理將粉末與空氣分離

特點干燥強度大,懸浮狀態(tài),物料最大限度地與熱空氣接觸（溫度121~190℃）;干燥時間短,，0.5~5秒,并流操作;散熱面積小,熱效高,小設(shè)備大生產(chǎn);適用范圍廣,物料(晶體)有磨損,動力消耗大

適用對象：

水分低于35%~40%、不易結(jié)塊的物料

例如糯米粉、馬鈴薯顆粒5.流化床干燥設(shè)備基本結(jié)構(gòu)使顆粒食品在干燥床上呈流化狀態(tài)或緩慢沸騰狀態(tài)（與液態(tài)相似）。適用對象：顆?；蚍哿钍称罚ü腆w飲料，造粒后二段干燥）流化床類型單層流化床干燥器多層流化床干燥器臥式多室流化床干燥器噴動流化床干燥器振動流化床干燥器6.噴霧干燥設(shè)備噴霧干燥就是將液態(tài)或漿狀食品噴成霧狀液滴，懸浮在熱空氣氣流中進(jìn)行脫水干燥過程設(shè)備主要由霧化系統(tǒng)、空氣加熱系統(tǒng)、干燥室、空氣粉末分離系統(tǒng)、鼓風(fēng)機等主要部分組成。（1）噴霧系統(tǒng)

使液體形成小液滴，產(chǎn)生大量表面積有利于水的蒸發(fā)，常用的噴霧系統(tǒng)主要有三類裝置：壓力噴霧：液體在高壓下（700-1000kPa）下送入噴霧頭內(nèi)以旋轉(zhuǎn)運動方式經(jīng)噴嘴孔向外噴成霧狀，一般這種液滴顆粒大小約100-300μm，其生產(chǎn)能力和液滴大小通過食品流體的壓力來控制。離心噴霧：液體被泵入高速旋轉(zhuǎn)的盤中（5000-20000rpm），在離心力的作用下經(jīng)圓盤周圍的孔眼外逸并被分散成霧狀液滴，大小10-500μm。氣流噴霧：在壓力為150~500kPa的壓縮空氣經(jīng)雙流體噴頭內(nèi)環(huán)孔向外噴射時，將同時來自噴頭中心孔的液態(tài)分散成霧狀液滴；三類霧化器的特點（2）空氣加熱系統(tǒng)蒸汽加熱電加熱溫度150~300℃食品體系一般在200℃左右（3）干燥室液滴和熱空氣接觸的地方，可水平也可垂直，為立式或臥式，室長幾米到幾十米，液滴在霧化器出口處速度達(dá)50m/s,滯留時間5~100秒，根據(jù)空氣和液滴運動方向可分為順流和逆流，干燥時的溫度變化空氣約200℃，產(chǎn)品濕球溫度一般在80℃以下；（4）空氣粉末分離系統(tǒng)將空氣和粉末分離，大粒子粉末由于重力而將到干燥室底部，細(xì)粉末靠旋風(fēng)分離器來完成；難以分離的細(xì)粉要用布過濾器；（5）噴霧干燥的特點蒸發(fā)面積大干燥過程液滴的溫度低過程簡單、操作方便、適合于連續(xù)化生產(chǎn)耗能大、熱效低

（6）噴霧干燥的典型產(chǎn)品奶粉速溶咖啡和茶粉蛋粉豆奶粉酶制劑酵母提取物干酪粉（7）噴霧干燥的發(fā)展與流化床干燥結(jié)合的兩階段干燥法再濕法和直通法二、接觸干燥被干燥物與加熱面處于密切接觸狀態(tài)，蒸發(fā)水分的能量來自承載物料的表面以傳導(dǎo)方式進(jìn)行干燥，又稱傳導(dǎo)干燥間壁傳熱，而不是加熱空氣來傳熱，干燥介質(zhì)可為蒸汽、熱油這類設(shè)備的常見例子是滾筒干燥機滾筒干燥設(shè)備1.基本結(jié)構(gòu)金屬圓筒在漿料中滾動，物料為薄膜狀，受熱蒸發(fā)，熱由里向外2.設(shè)備類型(1)單滾筒,示意圖(2)雙滾筒，示意圖

雙滾筒干燥設(shè)備系統(tǒng)示意圖見P653.特點熱傳遞和質(zhì)量傳遞很快，接觸時間2秒-幾分鐘，可實現(xiàn)快速干燥；采用高壓蒸汽加熱，可使物料固形物從3-30%增加到90-98%，表面溫度可達(dá)100-145℃，熱能經(jīng)濟，干燥費用低；因與高溫接觸，食品帶有煮熟或焦糊味4.適用對象漿狀、泥狀、糊狀、膏狀、液態(tài)，一些受熱影響不大的食品，如麥片、米粉三、真空干燥食品在低氣壓條件下,熱量通常由傳導(dǎo)或輻射向食品傳遞,進(jìn)行物料干燥。氣壓愈低,水沸點愈低,易蒸發(fā),可降低干燥溫度,減少氧化反應(yīng)等，適合于不耐高溫的食品。1.基本結(jié)構(gòu)干燥箱、真空系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、冷凝水收集裝置

2.設(shè)備類型間歇式真空干燥設(shè)備連續(xù)式真空干燥（帶式輸送）設(shè)備間歇式真空干燥設(shè)備系統(tǒng)蒸汽噴射泵抽氣系統(tǒng)制冷冷凝器和真空泵組合的抽氣系統(tǒng)三級蒸汽噴射泵連續(xù)式輸送帶式真空干燥設(shè)備為保證干燥室中真空度，有專門設(shè)計的密封性連續(xù)進(jìn)料和出料裝置；生產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)良的橙汁晶粉、速溶茶等；真空與其他干燥設(shè)備結(jié)合則可形成多種形式的真空干燥設(shè)備，如真空滾筒干燥，見書P68真空滾筒干燥3.特點可降低干燥溫度；可使水分降低到2%左右物料呈疏松多孔狀，能速溶?？墒贡桓稍镂锪陷p微膨化。4.適用對象水果片、顆粒、粉末如麥乳精、速溶茶等思考題解釋名稱：熱端、冷端；干端、濕端；順流、逆流；簡述順流和逆流干燥設(shè)備的區(qū)別和特點；在空氣對流干燥方法中有那些設(shè)備？每類設(shè)備的適用性？真空干燥設(shè)備的組成和特點；噴霧干燥設(shè)備的組成及特點;四、冷凍干燥在高真空度下，如果再將溫度降低到食品的冷凍溫度下，則食品中的水變成冰，在此條件下，冰會直接從固態(tài)變成水蒸汽（升華）而脫水，是一種冷凍溫度下的真空干燥，稱冷凍升華干燥。利用冰晶升華原理1.冷凍干燥條件要使物料中的水變成冰，同時由冰直接升華為水蒸汽，則必須要使食品物料的水溶液溫度保持在三相點以下。純水三相圖見下圖

O點（固液氣）三相點：壓力610Pa，溫度0℃，BO：升華曲線，OA：液化曲線對于食品來說，因食品水分中有溶質(zhì)，是含有多種溶質(zhì)的混合溶液，溶液凍結(jié)時則成為低共熔混合物或共晶溶液；當(dāng)共晶溶液開始凍結(jié)的溫度稱為共晶點溫度，它是溶液完全凍結(jié)固化的最高溫度；凍結(jié)固化點也是熔化開始點，所以共晶點溫度也稱為共熔點溫度。隨著食品水溶液濃度增加，其共晶點或共熔點溫度和它的水蒸氣壓都相應(yīng)下降。故食品水凍結(jié)時要低于0℃；一般在-4℃以下；壓力要小于600Pa冷凍干燥條件（1）食品冷凍溫度＜-4℃；（2）食品升華一般要絕對壓力＜500Pa，最高真空一般達(dá)到15~5Pa。

2.食品的凍結(jié)食品中的水被最大量地凍結(jié)；食品凍結(jié)對干燥的影響；食品凍結(jié)方法；（1）最大凍結(jié)濃度食品在凍結(jié)時，先是自由水會結(jié)晶析出，剩下溶液的溶質(zhì)濃度增加，冰點下降，隨著冷凍進(jìn)行，最終達(dá)到最大凍結(jié)濃度；此時為最低共熔點，當(dāng)溫度下降到此點以下時，溶液被全部凍結(jié)，確切地說是非結(jié)晶性的玻璃態(tài)；要使食品中水被最大程度凍結(jié)，通常食品的凍結(jié)溫度采用-45~-30

℃（2）冰晶體大小對干燥的影響緩慢凍結(jié)時形成的冰晶體大，當(dāng)升華時留下多孔性通道，干燥速度快；凍結(jié)速度快，冰晶體小，干制品有較好的復(fù)原性；干燥時間要長一點；（3）常見的凍結(jié)方法自凍法就是利用物料表面水分蒸發(fā)時從它本身吸收汽化潛熱,促使物料溫度下降,直至它達(dá)到凍結(jié)點時物料水分自行凍結(jié)；如能將真空干燥室迅速抽成高真空狀態(tài),即壓力迅速下降,物料水分就會因水分瞬間大量蒸發(fā)而迅速降溫凍結(jié).但這種方法因為有液→氣的過程會使食品的形狀變形或發(fā)泡、沸騰等。適合于一些有一定體形的食品如芋頭、碎肉塊、果蔬等。預(yù)凍法將要凍干的食品物料預(yù)先用制冷機或系統(tǒng)如液氨、液氮或氟利昂制冷，進(jìn)行凍結(jié)，或在凍庫中冷凍；一般食品在-4℃以下開始形成冰晶體，此法較為適宜，主要是用于液態(tài)食品干燥.3、冷凍干燥過程食品冷凍干燥曲線食品溫度變化曲線（表面、中心）；食品水分含量變化曲線；加熱板溫度變化曲線；真空度變化曲線；載量150g/cm2；物料大小0.64cm；干燥室平均壓力200Pa；初始水分90%，最后水分3%，濕物料重量760kg；最初水分684kg。1．加熱板溫度；2.物料表面溫度；3.干燥曲線

牛肉凍干曲線

牡蠣凍干曲線生牛肉接觸加熱凍干曲線（1）初級干燥（Primarydryingstage），升華干燥（sublimation）食品中水在冰晶體形成后，通過控制冷凍室中的真空度，則冰晶升華，該階段水分含量快速下降，主要是除去自由水或體相水分；因冰的蒸汽壓隨著溫度的降低而下降，故為了使水分子從冰中升華需要真空度高，最低在5Pa以下；但凍結(jié)物料溫度的最低極限不能小于冰晶體的飽和蒸汽壓相應(yīng)的溫度；需要加熱升華相變是一個吸熱過程，需要提供相變潛熱或升華熱。如果不提供熱量則物料隨著升華進(jìn)行溫度迅速下降，當(dāng)溫度降到與真空度下相應(yīng)水蒸汽壓相等時，則水蒸汽揮發(fā)停止。所提供的熱量應(yīng)等于冰晶體升華熱，同時應(yīng)注意使物料上升溫度不能超過被凍結(jié)物料的溫度或略低于冰晶體熔化溫度，以便能進(jìn)行升華。升華界面在冷凍干燥的初級階段，隨著干燥的進(jìn)行，食品中的冰逐漸減少，有冰的部分為凍結(jié)層，沒有冰的部分成為干燥層；在食品中的凍結(jié)層和干燥層之間的界面被稱為升華界面（sublimationfront），確切地說是在食品的凍結(jié)層和干燥層之間存在一個擴散過渡區(qū)升華界面過渡層

在干燥層中由于冰升華后水分子外逸留下了原冰晶體大小的孔隙，形成了海綿狀多孔性結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于產(chǎn)品的復(fù)水性；但這種結(jié)構(gòu)使傳熱速度減慢，即妨礙傳熱，使干燥速度下降。因此，若采用一些穿透力強的熱能如輻射熱、紅外線、微波等使之直接穿透到（冰層面）升華面上，就能有效地加快干燥速率。(2)二級干燥（secondrydryingstage）當(dāng)食品中的冰全部升華完畢，升華界面消失時，此時食品的水分含量還有15-20%時，水分含量下降變慢，干燥就進(jìn)入另一個階段稱為二級干燥。這些剩余的水分即是被束縛、不能被凍結(jié)的水分子，是多分子和單分子吸附層的水，但這些水并非為液態(tài)水，而是為玻璃態(tài)水，可使已被干燥的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)維持剛性多孔狀；使玻璃態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)水的溫度稱為玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度（glasstransitiontemperature），見圖。要繼續(xù)除去這部分水，必須補加熱量使之加快運動來克服束縛才能外逸出來。但需要注意熱量補加不能太快；在二級干燥階段當(dāng)溫度升高到使干燥層原先形成的固態(tài)狀框架結(jié)構(gòu)失去剛性、發(fā)生熔化或產(chǎn)生發(fā)粘、發(fā)泡現(xiàn)