第四章干燥保藏

1、第四章 食品干燥保藏 (1)主要內(nèi)容1. 干燥保藏原理非結(jié)合水與結(jié)合水，水分表示方法，水分活度與平衡水分，吸附、解吸等溫線，食品在干燥中的主要變化，食品干燥貯藏中所需的最低水分以及干制品的品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，復(fù)水與產(chǎn)品品質(zhì)2. 干燥方法及設(shè)備食品干燥的基本要求，食品干燥工藝條件的確定原則，干燥方式及干燥設(shè)備基本要求：食品干燥保藏基本原理，掌握相關(guān)基本概念重 點(diǎn)：掌握食品干燥的基本要求，以及干燥方法和裝備的選定原則序言1) 什么是食品干燥保藏?食品干燥保藏就是將食品物料的水分降低到足以防止腐敗變質(zhì)的水平后，始終保持低水分狀態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)期貯藏的過(guò)程。2) 干燥保藏主要操作過(guò)程可分三個(gè)階段(1) 干燥前的預(yù)處

2、理或加工過(guò)程。如果貯藏對(duì)象是新鮮的農(nóng)產(chǎn)品，則對(duì)物料進(jìn)行清洗、整理、切分和殺青處理，破壞酶的活性，防止非酶反應(yīng)，提高干燥速率；如果是深加工產(chǎn)品，干燥則是最后的工序（如方便面、干燥米飯的加工）。(2) 干燥過(guò)程。在自然條件或者人工控制條件下使食品中水分蒸發(fā)的工藝過(guò)程，包括自然干燥如曬干、風(fēng)干等；人工干燥如烘房烘干、熱空氣干燥、真空干燥等。(3) 包裝貯藏過(guò)程。將干燥后的產(chǎn)品，適當(dāng)包裝后，在特定的環(huán)境中貯藏。3) 干燥保藏主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面(1) 初級(jí)原料的加工與保藏：各類谷物、蔬菜、果品等農(nóng)產(chǎn)品收后處理。(2) 各種中間產(chǎn)物的加工與保藏：食品配料的制備、廢棄物的回收等。（例如：啤酒生產(chǎn)中的麥芽

3、、啤酒花等；黃酒生產(chǎn)中的麥曲、大米、酒糟等）。(3) 食品成品的加工與保藏：各類方便食品（方便面、干燥米飯）、粉末食品（奶粉）、抽提產(chǎn)品（咖啡）等的加工與保藏。4) 干燥保藏的特點(diǎn)(1) 能在室溫條件下長(zhǎng)期保藏食品，或提供特色食品品種。(2) 食品干燥后，質(zhì)量減輕，體積縮小。體積縮小和質(zhì)量減輕可以顯著地節(jié)省包裝、貯藏和運(yùn)輸費(fèi)用，并且還便于攜帶，供應(yīng)方便。表5.1 各種新鮮食品和保藏食品的體積/m3t-15.1 食品干燥保藏原理5.1.1 濕物料的狀態(tài)及水分1) 濕物料的狀態(tài) 不同外觀：塊狀（土豆）、條狀（刀豆）、片狀（葉類蔬菜）、顆粒狀（谷物）、晶體（糖）、粉末狀（面粉）等。 不同物理化學(xué)性質(zhì)

4、：液態(tài)食品（粘性、粘彈性、流動(dòng)性等）、濕固態(tài)食品（塑性、彈性、粘彈性等）。 不同生物學(xué)性質(zhì)：新鮮果蔬的生理活動(dòng)及酶活性、微生物繁殖生長(zhǎng)。2) 水分與物料的結(jié)合方式（補(bǔ)充）水分與物料的結(jié)合方式有兩種：非結(jié)合水分、結(jié)合水分(1) 非結(jié)合水分 非結(jié)合水分是指存在于組織內(nèi)部、細(xì)胞內(nèi)部、細(xì)胞間隙中、物料表面的水。非結(jié)合水分也稱為自由水分或游離水分。從現(xiàn)象上看，物料表面上的濕潤(rùn)水分就是非結(jié)合水。非結(jié)合水分的特點(diǎn)：在-40以上可以結(jié)冰；在食品內(nèi)可以作為溶劑；可以以液體形式移動(dòng)，在氣候干燥時(shí)也可以以蒸汽形式逸出，使食品的含水量降低；在潮濕的環(huán)境中食品容易吸收一定量的水分，含水量增加；微生物可以利用非結(jié)合水繁殖

5、，各種化學(xué)反應(yīng)也可以在其中進(jìn)行；由于與物料的結(jié)合強(qiáng)度小，故容易通過(guò)干燥去除。(2) 結(jié)合水分 結(jié)合水分指物料中與非水成分（如鹽、糖、蛋白、淀粉、纖維素、果膠分子）通過(guò)氫鍵結(jié)合的水，它存在于溶質(zhì)或其它非水組分附近。結(jié)合水分包括單分子層結(jié)合水分和多分子層結(jié)合水分（單分子層以外的幾層水）。從現(xiàn)象上看，物料中只有結(jié)合水分時(shí)，物料表面不存在有濕潤(rùn)水分。結(jié)合水的特點(diǎn)：-40以上不能結(jié)冰；結(jié)合水不能作為溶劑，不能被微生物所利用；結(jié)合水分與物料的結(jié)合強(qiáng)度大，而且大多數(shù)存在于物料內(nèi)部，故不容易通過(guò)干燥去除蒸發(fā)的水分來(lái)自食品內(nèi)部。結(jié)合水分又可細(xì)分為化學(xué)結(jié)合水、物理化學(xué)結(jié)合水和機(jī)械結(jié)合水。(a) 化學(xué)結(jié)合水主要包括

6、結(jié)晶水，結(jié)合強(qiáng)度大，故難以去除。除去結(jié)晶水的過(guò)程不屬于干燥過(guò)程（需要高溫灼燒、或化學(xué)方法脫水）。(b) 物理化學(xué)結(jié)合水包括吸附、滲透和結(jié)構(gòu)的水分。吸附水：水分既可被物料的外表面吸附，也可吸附于物料的內(nèi)部表面，在吸附水分形成時(shí)有熱量放出，脫去時(shí)則需吸收熱量。吸附水與物料的結(jié)合力較強(qiáng)。滲透水：水分與物料的結(jié)合是由物料組織壁內(nèi)外的滲透壓（原因：溶解物濃度差）造成。滲透水分存在于物料組織內(nèi)部，結(jié)合強(qiáng)度相對(duì)弱小，蒸發(fā)、外壓或組織的破壞時(shí)解離。結(jié)構(gòu)水：在膠體形成時(shí)結(jié)合在組織內(nèi)部的水。蒸發(fā)、外壓或組織的破壞時(shí)，此類水分可離解；(c) 機(jī)械結(jié)合水分包括有毛細(xì)管水分等。毛細(xì)管水分存在于纖維或微小顆粒成團(tuán)的濕物料

7、中，它與物料的結(jié)合強(qiáng)度較弱。注意：(1) 含有非結(jié)合水分的物料稱為吸水物料，如：木材、糧食、皮革、纖維及其織物、紙張、合成樹脂顆粒等。僅含結(jié)合水分的物料，稱為非吸水性物料，如鑄造用型砂、各種結(jié)晶顆粒等。就干燥的難易來(lái)說(shuō)，非吸水性物料要比吸水性物料難干燥。(2) 不同形式的水分的結(jié)合能大約為1003000J/mol。物料和水分的不同結(jié)合形式，使排除水分耗費(fèi)的能量不同，即干燥所需要的熱能不同。 3) 濕物料中水分的表示方法 a. 濕基水分W (-), moisture content in wet basis 式(5-1) b. 干基水分Wd (-), moisture content in dr

8、y basis 式(5-2)兩種水分的換算式： 式(5-3) 訂正，推導(dǎo)？注意：(1) 水分也稱為水分含量、含水率、水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)； (2) 水分的單位也可用%表示。%,w.b. %,d.b.5.1.2 濕物料的水分活度與平衡水分1）水分活度物料含有水分時(shí)（濕物料），有一部分水分由于受溶質(zhì)的束縛，不能參加各類化學(xué)反應(yīng)，也不能被微生物利用，這部分水分為無(wú)效水分。只有和溶質(zhì)結(jié)合力小或處于游離狀態(tài)的水分才能參加各類化學(xué)反應(yīng)，而且能被微生物利用，這些水分稱為有效水分。水分活度表示有效水分的多少，可以用蒸汽壓的關(guān)系（即，相對(duì)蒸汽壓）來(lái)表示： （5-4）式中，pw物料表面的蒸汽壓，Pa；p0該溫度下的純水表

9、面蒸汽壓，Pa。注意：(1) aw為物料（溶液、或材料）中的水分狀態(tài)，aw。(2) 水分活度還因溶質(zhì)狀態(tài)而異。例如25時(shí)，濃度為1mol/L的蔗糖（非電解質(zhì)）溶液的水分活度為0.9806，而1mol/L的食鹽（電解質(zhì)）溶液的水分活度則為0.9669。(3) 水分活度與微生物、酶等生物、化學(xué)、物理反應(yīng)有關(guān)。水分活度已成為影響腌漬食品、發(fā)酵食品貯藏穩(wěn)定性的重要因素。表5-2 水分活度與食品變性反應(yīng)，p.88(4) 食品的水分活度主要采用試驗(yàn)方法測(cè)定。食品中的溶液很復(fù)雜，不是所有的水都作為溶劑，一些將與可溶性成分結(jié)合，也可能與不溶性成分結(jié)合。因此不能從食品中的水分含量、溶質(zhì)的量和性質(zhì)準(zhǔn)確計(jì)算出食品的

10、水分活度，而需要采用試驗(yàn)方法測(cè)定。2）平衡水分將食品物料放置在一個(gè)密閉箱內(nèi)（箱內(nèi)空氣具有一定的溫度和相對(duì)濕度），考察濕物料與周圍空氣之間的水分移動(dòng)。(1) 濕物料與周圍空氣之間的水分移動(dòng)可沿兩個(gè)方向進(jìn)行：(a) 如果物料的表面蒸汽分壓pw大于空氣中的蒸汽分壓pk (pwpk)，則物料脫水干燥，稱解吸作用；(b) 如果pw10m)中可以存在大量的游離水（非結(jié)合水）；微毛細(xì)管（平均半徑10m）靠吸附就能充滿水（物理化學(xué)結(jié)合水）。毛細(xì)管水在物料中既可以液體形式遷移，又可以蒸汽形式滲透。干燥難易程度：干燥過(guò)程中，這種水分在食品表面蒸發(fā)，因此干燥快；毛細(xì)管水的脫去將產(chǎn)生物體的收縮和毛細(xì)管的變形。5.2

11、食品在干燥過(guò)程中的主要變化干燥過(guò)程中，由于受熱和失水，食品物料的物理和化學(xué)特性發(fā)生較大變化，對(duì)這些變化的把握是選擇適當(dāng)干燥方法和貯藏條件的基礎(chǔ)。5.2.1 物理變化食品干燥時(shí)出現(xiàn)的物理變化主要有干縮和干裂、表面硬化和空隙形成等。1）干縮和干裂干縮是干燥時(shí)物料體積縮小、彈性消失的現(xiàn)象。不論是有細(xì)胞結(jié)構(gòu)還是無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的食品在干燥時(shí)都會(huì)發(fā)生，是最常見(jiàn)的、最顯著的變化之一。圖5.4 脫水干燥過(guò)程中蔬菜丁形態(tài)的變化, p.91(1. 干燥前的原始形態(tài)；2.干燥初期的形態(tài)；3.干燥后形態(tài))食品物料不同，干燥過(guò)程中它們的干縮也各有差異。2）表面硬化表面硬化是食品物料表面收縮和封閉，使表面迅速形成一層干硬膜的

12、一種現(xiàn)象。如物料表面溫度很高，表面硬化越嚴(yán)重。表面硬化會(huì)導(dǎo)致大部分殘留水分封閉在材料內(nèi)部，使干燥速率急劇下降。容易出現(xiàn)表面硬化現(xiàn)象的食品物料有：糖分和可溶性物質(zhì)濃度較高的材料，有細(xì)胞組織的材料；塊片狀材料改善方法：降低食品表面溫度，減慢干燥速度。3）孔隙形成快速干燥時(shí)物料表面硬化使物料外部不能收縮，內(nèi)部水分消失后產(chǎn)生孔隙。例如：真空干燥、冷凍干燥。空隙現(xiàn)象對(duì)干燥速度和物料性狀的影響？5.2.2 化學(xué)變化食品干燥過(guò)程中也會(huì)有一系列化學(xué)變化發(fā)生，這些變化對(duì)干制品及其復(fù)水后的品質(zhì)如色澤、風(fēng)味、質(zhì)地、粘度、復(fù)水率、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和貯藏期會(huì)產(chǎn)生影響。1）酶活性的變化干燥過(guò)程中隨著物料水分降低，酶的活性也下降（

13、水分降低到10%以下時(shí)，酶的活性才會(huì)完全消失）。而另一方面，酶和基質(zhì)（酶作用的對(duì)象）卻同時(shí)增濃。在這兩方面的作用下，干燥初期，酶促化學(xué)反應(yīng)可能會(huì)加劇，只有在干燥后期，酶的活性降低到一定程度，酶促化學(xué)反應(yīng)才會(huì)顯著降低。在貯藏中，如果干制品吸濕，酶仍會(huì)緩慢地復(fù)活，從而引起食品變質(zhì)。滅酶：在干制前使酶失去活性，抑制干制品在貯藏中的酶反應(yīng)。方法：100濕熱處理；204以上干熱處理。 2）食品主要營(yíng)養(yǎng)成分的變化干燥使食品失去水分，干制品中營(yíng)養(yǎng)成分的含量增加。表5-5 新鮮和脫水干制品食品營(yíng)養(yǎng)成分的比較，p.94濕基成分含量的變化干基成分含量的變化？ （食品成分含量標(biāo)準(zhǔn)）果糖、葡萄糖等碳水化合物在高溫加熱

14、時(shí)會(huì)發(fā)生褐變、焦化（糖首先分解成各種羰基中間物，而后再聚合反應(yīng)成褐色聚合物。隨著聚合度的增加，顏色加深）。脂肪的氧化酸敗是含脂食品變質(zhì)的主要因素。脂肪的氧化酸敗在干燥階段和貯藏階段都有發(fā)生。添加抗氧化劑可以減緩脂肪氧化酸敗，如酚型抗氧化劑（BHA、BHT和PG）；金屬整合劑（檸檬酸和抗壞血酸）。當(dāng)水分活度較高時(shí)，肽鏈中的-氨基比較脆弱，容易造成蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的下降。3）維生素的變化維生素?fù)p耗程度取決于物料預(yù)處理（滅酶）、干燥、貯藏的方法和條件。溫度和水分活度是維生素?fù)p耗的主要影響因素。表5-6 模擬系統(tǒng)中維生素降解與w的關(guān)系, p.95 注意：(1) 除溫度和水分活度以外，光對(duì)維生素的變化也有

15、影響。如：維生素B2，即核黃素微顆粒包埋技術(shù)。(2) 干燥方法對(duì)維生素的變化也有影響。如：胡蘿卜中的胡蘿卜素在日曬時(shí)損耗極大，在人工干燥（特別是噴霧干燥）時(shí)損耗較少；水果中的維生素C在曬干時(shí)損耗極大，但冷凍干燥時(shí)損耗較少。一般來(lái)說(shuō)，新鮮果蔬的人工干燥有利于保存原料中的維生素。乳制品和肉制品中維生素的保存量也取決于干燥方法。冷凍干燥和真空干燥比熱風(fēng)干燥好。一種新的低溫干燥技術(shù)：低溫除濕干燥4）色澤的變化胡蘿卜素、花青素、葉綠素等色素都會(huì)發(fā)生顏色變化。例如，葉綠素呈現(xiàn)綠色的能力和色素分子中鎂的保存量成正比。濕熱條件下葉綠素將失去一部分鎂原子而轉(zhuǎn)化成脫鎂葉綠素，呈橄欖綠，不再呈草綠色。酶促和非酶促褐

16、變反應(yīng)是促使干制品變色的另一原因。(1) 酶促褐變反應(yīng)：植物組織受損傷后，材料中的氧化酶與多酚等成分接觸，使其氧化成色素。(2) 非酶褐變反應(yīng)：包括糖分焦化和美拉德反應(yīng)。糖分焦化反應(yīng)：前述；美拉德反應(yīng)：氨基酸和還原糖的相互反應(yīng)。果蔬制品發(fā)生非酶褐變的水分活度范圍是0.650.75；肉制品褐變水分活度范圍一般在0.300.60；干乳制品褐變水分活度大約在0.70。由于食品成分的差異，即使同一種食品，由于加工工藝不同，引起褐變的最適宜水分活度也有差異。美拉德反應(yīng)在水分20%15%的范圍內(nèi)最迅速。（較高溫度條件下發(fā)生）圖5-6 干鱈魚在貯藏中的褐變，p.97。該圖中，溫度和相對(duì)濕度是影響褐變的主要因

17、素?？諝庀鄬?duì)濕度75%RH以上時(shí)可減少褐變，卻會(huì)帶來(lái)微生物的腐敗問(wèn)題。對(duì)于干鱈魚及干醍魚，最小褐變的水分含量為7%9%，對(duì)于醍魚相當(dāng)于水分活度0.320.45。例：大蒜的綠變，蘋果、香蕉的褐變，常溫條件下酶的活性高。(3) 褐變對(duì)策：干燥前進(jìn)行滅酶，低溫干燥，拒絕與空氣（氧氣）接觸。5）食品風(fēng)味的變化很多呈味物質(zhì)的沸點(diǎn)都很低，干燥時(shí)的高溫極易引起呈味物質(zhì)的揮發(fā)。例如，牛乳中的硫化甲基，雖然它的含量實(shí)際上僅億分之一，但其制品卻已失去鮮乳風(fēng)味。減少風(fēng)味變化的對(duì)策: (1)從干燥設(shè)備中回收或冷凝外逸的蒸汽，再加回到干制食品中，以便盡可能保存它的原有風(fēng)味；(2)從其它來(lái)源取得香精或風(fēng)味制劑以補(bǔ)充干制品

18、中的損耗；(3)干燥前在某些液態(tài)食品中添加樹膠和其它物質(zhì)以阻止可能出現(xiàn)的風(fēng)味損耗（微顆粒包埋技術(shù)）。但是，完全阻止干燥過(guò)程中的風(fēng)味物質(zhì)損耗幾乎不可能。5.2.3 對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響抑制微生物生長(zhǎng)的食品水分：細(xì)菌和酵母在30%以下；霉菌在12%以下（有些耐旱霉菌需要2%以下）。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，抑制微生物生長(zhǎng)的決定性影響因素是有效水分，即水分活度。抑制微生物生長(zhǎng)的食品水分活度：一般霉菌在0.85以下；黃曲霉在0.78以下；耐旱霉菌在0.70以下。降低水分活度的有效方法：一是干燥（減少水分），二是添加糖、鹽等溶質(zhì)成分（束縛水分）。腌制5.3 食品干燥貯藏所需的最低水分 干燥食品的耐貯藏性主要取決于干燥后的

19、水分，根本上取決于干物料的水分活度。1）谷類和豆類 表5-7谷物收獲和安全貯存所要求的水分含量, p.982）魚干、肉干類 干燥到較低水分含量的肉制品雖有較好的保藏性，但會(huì)帶來(lái)食用品質(zhì)（如硬度、 風(fēng)味）問(wèn)題。因此常結(jié)合其它保藏工藝（如腌制、熏制等），以達(dá)到一定保質(zhì)期而又能保持其優(yōu)良食用品質(zhì)。3）乳制品我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：全脂乳粉的水分2.5%2.7%，脫脂乳粉的水分4.04.5%，調(diào)制乳粉的水分2.53.0%，脫鹽乳清粉(特級(jí)晶)2.5%。4）干制蔬菜干制洋蔥、豌豆和青豆等的水分5%10%，相當(dāng)于水分活度0.100.35。注意：(1) 蔬菜原料通常攜帶較多的微生物，尤其是芽孢細(xì)菌。因此，干燥前需要進(jìn)

20、行清洗、熱漂燙等滅菌處理; (2)干制蔬菜的貯藏性較好，但是在貯藏過(guò)程吸濕就會(huì)引發(fā)變質(zhì)，所以需要采用防止吸濕的包裝。5）干制水果多數(shù)干制水果的水分活度：0.650.60?？偟膩?lái)說(shuō)，干燥食品的最終水分(水分活度)要求，常由食品成分、加工工藝、貯藏條件等來(lái)決定。表5-8 一些無(wú)包裝食品在20貯藏時(shí)最高許可水分活度, p.995.4 評(píng)價(jià)干制品品質(zhì)的指標(biāo)評(píng)價(jià)干制品品質(zhì)的指標(biāo)主要有物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)。物理指標(biāo)主要包括形狀、質(zhì)地、色澤、密度、復(fù)水性和速溶性?；瘜W(xué)指標(biāo)主要是指各種營(yíng)養(yǎng)成分。形狀、質(zhì)地、色澤和成分的變化前面已有涉及，下面主要分析干制品的復(fù)水性和速溶性。5.4.1 干制品的復(fù)原性和復(fù)水性塊片及顆粒狀