食品加工与保藏食品的干燥之一全解课件.ppt

第五章 食品的干燥6/10/20231主要内容I.食品中的水II.食品干燥目的和原理III.干燥过程中食品的主要变化IV.食品干燥的方法及控制V.干燥食品的包装与贮运6/10/20232.食品中的水一、食品水分含量的表示方法二、食品物料中水分的存在形式三、食品的水分活度四、水分含量与水分活度间的关系五、水分活度与食品保藏6/10/20233一、食品水分含量的表示方法（1）湿基含水量：是以湿物料为基准，水分是以湿物料为基准，水分占湿物料总质量的百分比，即为食品物料占湿物料总质量的百分比，即为食品物料的湿基含水量。的湿基含水量。（2）干基含水量：是以湿物料中的干物质为是以湿物料中的干物质为基准，湿物料中水分与其中的干物质质量基准，湿物料中水分与其中的干物质质量的百分比，即为食品物料的干基含水量。的百分比，即为食品物料的干基含水量。6/10/20234一、食品物料湿含量的表示方法6/10/20235二、食品物料中水分的存在形式（1）化学结合水（2）物理化学结合水（3）机械结合水（4）干燥过程中各种水分的变化状态6/10/20236（1）化学结合水u又称化合水，指按照定量比例与固体间架又称化合水，指按照定量比例与固体间架牢固结合的水。牢固结合的水。u通常是干制品含水量的极限标准。通常是干制品含水量的极限标准。u干燥不能，也不必将这部分水除去。干燥不能，也不必将这部分水除去。6/10/20237（2）物理化学结合水u不按定量比例和固体物质结合的水。不按定量比例和固体物质结合的水。u包括：包括：吸附结合水结构结合水渗透压结合水6/10/20238吸附结合水u是指在物体胶体微粒内、外表面上因分子是指在物体胶体微粒内、外表面上因分子吸引力而被吸着的水。吸引力而被吸着的水。u这部分水与固体物质结合紧密，干燥过程这部分水与固体物质结合紧密，干燥过程需消耗大量的热量才能将它们全部除去。需消耗大量的热量才能将它们全部除去。6/10/20239结构结合水u是指当胶体溶液凝固成凝胶时，保持在凝是指当胶体溶液凝固成凝胶时，保持在凝胶体内部的一种水；它受到结构的束缚，胶体内部的一种水；它受到结构的束缚，表现出来的蒸汽压很低，这部分水不容易表现出来的蒸汽压很低，这部分水不容易通过干燥除去。通过干燥除去。6/10/202310渗透压结合水u指溶液中被溶质所束缚的水分。溶质对水指溶液中被溶质所束缚的水分。溶质对水的束缚作用会使溶液表面的蒸汽压降低。的束缚作用会使溶液表面的蒸汽压降低。u溶液浓度越高，溶质对水的束缚力越强，溶液浓度越高，溶质对水的束缚力越强，水分的蒸汽压越低，水分越难以除去。水分的蒸汽压越低，水分越难以除去。6/10/202311（3）机械结合水u包括食品湿物料内的包括食品湿物料内的毛细管水以及物料外以及物料外表面附着的表面附着的润湿水分。毛细管水是指食品湿物料内毛细管（或孔隙）中是指食品湿物料内毛细管（或孔隙）中保留和吸着的水分。保留和吸着的水分。润湿水分是指受润湿力（即表面张力）作用而吸是指受润湿力（即表面张力）作用而吸附在食品物料表面的水分。附在食品物料表面的水分。6/10/202312（3）机械结合水u这部分水又被称为这部分水又被称为游离水或或自由水。u这部分水的饱和蒸汽压与纯水的饱和蒸汽这部分水的饱和蒸汽压与纯水的饱和蒸汽压几乎没有太大的区别，在干燥过程中既压几乎没有太大的区别，在干燥过程中既能以液体形式又能以蒸汽的形式移动。能以液体形式又能以蒸汽的形式移动。6/10/202313干燥过程中各种水分的变化状况u首先除去的是结合力最弱的首先除去的是结合力最弱的机械结合水，然，然后是部分结合力较弱的后是部分结合力较弱的物理化学结合水，最，最后是结合力较强的后是结合力较强的物理化学结合水。6/10/202314三、食品的水分活度(aw)u是指食品物料表面水分的蒸汽压与相是指食品物料表面水分的蒸汽压与相同温度下纯水的饱和蒸汽压之比值。同温度下纯水的饱和蒸汽压之比值。6/10/202315三、食品的水分活度u物料中自由水的蒸汽压与同温度纯水的蒸汽物料中自由水的蒸汽压与同温度纯水的蒸汽压接近；因此，如果物料中含有自由水，则压接近；因此，如果物料中含有自由水，则该物料的该物料的a aw w值值接近于接近于1 1。u对于理想的，与固体物质结合力为无限大的对于理想的，与固体物质结合力为无限大的水分（如化学结合水），其蒸汽压可假设为水分（如化学结合水），其蒸汽压可假设为0 0，所以它的，所以它的a aw w值值趋近于趋近于0 0。6/10/202316三、食品的水分活度u实际上食品物料中水与固相的结合力不同，实际上食品物料中水与固相的结合力不同，它们的它们的a aw w值值在在0 01 1之间。之间。u食品物料干燥过程中，食品物料干燥过程中，a aw w值值高的水先干燥；高的水先干燥；因此，随着干燥的进行，食品物料的因此，随着干燥的进行，食品物料的a aw w值值会逐会逐渐下降。渐下降。6/10/202317三、食品的水分活度u食品食品a aw w值值的测定方法：的测定方法：水分活度仪（仪器法）水分活度仪（仪器法）扩散平衡法（康威氏扩散平衡法）扩散平衡法（康威氏扩散平衡法）6/10/202318四、食品水分含量与水分活度之间的关系u不同种类的食品，其水分含量与不同种类的食品，其水分含量与a aw w值值间的关间的关系不同系不同;一般来说，食品水分含量越高，其一般来说，食品水分含量越高，其a aw w值值也越高。也越高。u水分含量与水分含量与a aw w值值之间的关系还受温度的影响，之间的关系还受温度的影响，温度越高，温度越高，a aw w值值也越高。也越高。6/10/202319不同食品水分含量与aw之间的关系6/10/202320温度对食品水分含量与aw之间关系的影响6/10/202321aw与有效水分u能够被微生物、酶和化学反应所利用的水，能够被微生物、酶和化学反应所利用的水，为有效水分，可用水分活度为有效水分，可用水分活度(a(aw w)进行衡量。进行衡量。u水分活度水分活度(a(aw w)越高，即说明有效水分含量越高，即说明有效水分含量越多，食品越容易腐败变质。越多，食品越容易腐败变质。6/10/202322aw与微生物活动的关系u大多数微生物在大多数微生物在a aw w值值低于低于0.910.91时不能生长，时不能生长，肉毒杆菌在肉毒杆菌在a aw w值值低于低于0.950.95时不能生长，芽孢时不能生长，芽孢的形成和发芽需要更高的的形成和发芽需要更高的a aw w值值。u致病微生物生长的最低致病微生物生长的最低a aw w值值与其产毒的最低与其产毒的最低a aw w值值不一定相同，通常后者要高于前者。不一定相同，通常后者要高于前者。6/10/202323aw与微生物活动的关系u霉菌的耐旱性优于细菌，在霉菌的耐旱性优于细菌，在a aw w值值为为0.80.8时仍时仍生长良好，只有生长良好，只有a aw w值值低于低于0.650.65时生长才受到时生长才受到完全抑制。完全抑制。6/10/202324aw与微生物活动的关系6/10/202325aw对酶反应的影响u由于食品物料中缺乏流动性水分，使酶不由于食品物料中缺乏流动性水分，使酶不能与其作用的底物结合，酶的催化作用不能与其作用的底物结合，酶的催化作用不能发挥出来。能发挥出来。u另一方面，随着物料水分含量降低，酶本另一方面，随着物料水分含量降低，酶本身也失水，活性下降；通常当干制品的水身也失水，活性下降；通常当干制品的水分降至分降至1 1以下时，酶活性会完全消失。以下时，酶活性会完全消失。6/10/202326aw对非酶褐变、脂肪氧化及维生素的影响ua aw w值值在在0.650.650.700.70间，非酶褐变最容易发生。间，非酶褐变最容易发生。ua aw w值值在在0.300.300.500.50间，脂肪自动氧化速率和间，脂肪自动氧化速率和量最低。量最低。u低水分含量时，维生素较稳定。低水分含量时，维生素较稳定。6/10/202327.食品干燥的目的和原理一、食品的干燥及其目的和作用二、食品干燥过程及其影响因素三、干燥特性曲线6/10/202328一、食品的干燥(drying)u是指在自然或在人工控制的条件下使是指在自然或在人工控制的条件下使食品中的某些水分发生蒸发，食品水食品中的某些水分发生蒸发，食品水分含量得到某种程度降低的过程。分含量得到某种程度降低的过程。6/10/202329食品干燥的主要目的u延长食品在室温条件下的保藏期限。延长食品在室温条件下的保藏期限。u食品干藏食品干藏是指食品经干燥，其水分含是指食品经干燥，其水分含量降至足以防止食品腐败变质的水平量降至足以防止食品腐败变质的水平后，始终保持这种低水分含量进行长后，始终保持这种低水分含量进行长期贮藏的过程。期贮藏的过程。6/10/202330食品干藏的原理u由于在低水分活度条件下，微生物生由于在低水分活度条件下，微生物生长繁殖及食品中的各种生物化学反应长繁殖及食品中的各种生物化学反应都受到抑制；因此，食品腐败变质的都受到抑制；因此，食品腐败变质的速率大大降低。速率大大降低。6/10/202331食品干燥的作用u延长食品供应期限，平衡食品的供求延长食品供应期限，平衡食品的供求关系，稳定食品的市场价格；关系，稳定食品的市场价格；u食品干燥后重量减轻，体积缩小；可食品干燥后重量减轻，体积缩小；可节省包装、贮藏和运输费用，并便于节省包装、贮藏和运输费用，并便于携带，方便供应。携带，方便供应。6/10/202332二、食品干燥的基本过程u不论采用哪种干燥方式，将热量传递给食不论采用哪种干燥方式，将热量传递给食品，促使其组织内水分向外转移是食品干品，促使其组织内水分向外转移是食品干燥的基本过程。燥的基本过程。u湿热转移是食品干燥的核心过程。湿热转移是食品干燥的核心过程。6/10/202333二、影响食品干燥的因素（一）食品物料组成与结构状（二）干燥介质的特性（三）食品物料与干燥介质之间的平衡（四）操作条件对湿热转移的影响6/10/202334（一）食品物料的形状u食品物料的组成与结构。如食品成分在物食品物料的组成与结构。如食品成分在物料中的位置、溶质的浓度、结合水的状态、料中的位置、溶质的浓度、结合水的状态、细胞结构等。细胞结构等。u物料的表面积。物料的表面积。6/10/202335（二）干燥介质及其特性u食品干燥常采用热空气为干燥介质。此时食品干燥常采用热空气为干燥介质。此时热空气既是载热体，又是载湿体。热空气既是载热体，又是载湿体。u研究干燥过程有必要首先了解干燥介质研究干燥过程有必要首先了解干燥介质（即热空气）的各种物理性质湿度和（即热空气）的各种物理性质湿度和温度。温度。6/10/2023361.干燥介质热空气的湿度u绝对湿度（绝对湿度（H H）指单位质量绝干空气中所含）指单位质量绝干空气中所含的水蒸气的质量。的水蒸气的质量。u相对湿度（相对湿度（RHRH）指在一定的总压力下，湿）指在一定的总压力下，湿空气中水蒸气分压与同温度下纯水的饱和空气中水蒸气分压与同温度下纯水的饱和蒸汽压之比。蒸汽压之比。6/10/202337绝对湿度（H）的计算公式6/10/202338相对湿度（）的计算公式6/10/2023392.干燥介质热空气的温度u干球温度（干球温度（）指用普通温度计测得的空）指用普通温度计测得的空气的实际温度。气的实际温度。u湿球温度（湿球温度（w w）指用湿球温度计测得的空）指用湿球温度计测得的空气在水分蒸发平衡时的温度。气在水分蒸发平衡时的温度。6/10/202340湿球温度(w)与干球温度()间的关系6/10/2023416/10/202342湿球温度(w)与干球温度()间的关系u空气的湿球温度（空气的湿球温度（w w）由其干球温度）由其干球温度（）及湿度（）及湿度（H H）决定，当空气的干球温）决定，当空气的干球温度一定时，湿度越高，则其湿球温度也越高；度一定时，湿度越高，则其湿球温度也越高；当湿空气达到饱和时，则湿球温度和干球温当湿空气达到饱和时，则湿球温度和干球温度相等。度相等。6/10/202343（三）食品物料与干燥介质间的平衡关系6/10/202344吸湿现象u如果食品的水分活度比与它接触的空气的如果食品的水分活度比与它接触的空气的相对湿度低，由于蒸汽压差的作用，物料相对湿度低，由于蒸汽压差的作用，物料将从空气中吸收水分，直至达到平衡，这将从空气中吸收水分，直至达到平衡，这种现象称为种现象称为吸湿现象吸湿现象。6/10/202345吸湿水分u食品因吸湿所增加的水分由其周围环境空食品因吸湿所增加的水分由其周围环境空气状态决定；空气湿度越高，因吸湿所增气状态决定；空气湿度越高，因吸湿所增加的水分越多。空气湿度达到饱和状态时，加的水分越多。空气湿度达到饱和状态时，食品能从空气中吸取的水分将达到最高值，食品能从空气中吸取的水分将达到最高值，此时的平衡水分称为此时的平衡水分称为吸湿水分吸湿水分。u食品的食品的吸湿水分吸湿水分随空气温度而异。随空气温度而异。6/10/202346润湿水分u只有食品直接和水接触时，它的水分才会只有食品直接和水接触时，它的水分才会超过吸湿水分，使食品呈现潮湿状态。此超过吸湿水分，使食品呈现潮湿状态。此时食品表面上就有水分附着，形成自由水时食品表面上就有水分附着，形成自由水分层。这种超过吸湿水分的食品水分称为分层。这种超过吸湿水分的食品水分称为润润湿水分湿水分。此时的食品称为潮湿食品。此时的食品称为潮湿食品。6/10/202347结合、非结合水分u潮湿食品内存在有各种结合水分，一般凡潮湿食品内存在有各种结合水分，一般凡是低于吸湿水分的食品水分称为是低于吸湿水分的食品水分称为结合水分结合水分，超过吸湿水分的食品水分称为超过吸湿水分的食品水分称为非结合水分非结合水分，这就是自由水分或游离水分。这就是自由水分或游离水分。6/10/202348去湿现象u如果食品的水分活度比与它接触的空气的如果食品的水分活度比与它接触的空气的相对湿度高，由于蒸汽压差的作用，物料相对湿度高，由于蒸汽压差的作用，物料将向空气中逸出水分，直至达到平衡，这将向空气中逸出水分，直至达到平衡，这种现象称为种现象称为去湿现象去湿现象。6/10/202349平衡水分u在一封闭体系内，如果食品物料表面的水蒸气在一封闭体系内，如果食品物料表面的水蒸气分压与其分压与其周围介质的水蒸气分压存在压差，两的水蒸气分压存在压差，两相之间的水分将不断地进行传递；经过一段时相之间的水分将不断地进行传递；经过一段时间后，物料表面的水蒸气分压与间后，物料表面的水蒸气分压与周围介质的水的水蒸气分压将会相等，物料与蒸气分压将会相等，物料与周围介质间的水分间的水分达到动态平衡，物料水分含量将不再改变，此达到动态平衡，物料水分含量将不再改变，此含水量，为物料在该介质条件下的含水量，为物料在该介质条件下的平衡水分平衡水分。6/10/202350平衡水分u平衡水分平衡水分因物料种类的不同差别较大，同一因物料种类的不同差别较大，同一种物料的种物料的平衡水分平衡水分也因外界空气介质条件不也因外界空气介质条件不同而不同。同而不同。6/10/202351干燥区（去湿区）u干制过程中从湿润水分降低到和干燥介质，干制过程中从湿润水分降低到和干燥介质，即空气中水蒸气压相应的平衡水分时所失去即空气中水蒸气压相应的平衡水分时所失去的水分为的水分为蒸发水分，它所处的范围则为脱水，它所处的范围则为脱水干制区，即干制区，即干燥区（去湿区）干燥区（去湿区）。6/10/202352（四）操作条件对湿热转移的影响u传热介质与待干燥的食品物料间的传热介质与待干燥的食品物料间的温差温差越越大，热量向食品物料传递的速率也越大，大，热量向食品物料传递的速率也越大，湿热转移就越快。湿热转移就越快。u以空气为加热介质时，空气的以空气为加热介质时，空气的流速流速越大、越大、湿度越低，能够带走的水蒸气越多，湿热湿度越低，能够带走的水蒸气越多，湿热转移越快。转移越快。6/10/202353（四）操作条件对湿热转移的影响u操作环境操作环境气压气压越低（真空度越高），物料越低（真空度越高），物料中的水分越容易变成水蒸气蒸发出来，湿中的水分越容易变成水蒸气蒸发出来，湿热转移也就越快。热转移也就越快。6/10/202354三、干燥特性曲线u食品物料干燥过程的特性可以通过由干燥食品物料干燥过程的特性可以通过由干燥曲线、干燥速率曲线及干燥温度曲线所组曲线、干燥速率曲线及干燥温度曲线所组成的干燥特性曲线来表达。成的干燥特性曲线来表达。6/10/202355干燥特性曲线1干燥曲线，干燥曲线，2干燥速率曲线，干燥速率曲线，3干燥温度曲线干燥温度曲线6/10/2023561.干燥初期u在干燥初始阶段，食品物料的表面温度迅速在干燥初始阶段，食品物料的表面温度迅速上升，至最高值（即热空气的湿球温度）。上升，至最高值（即热空气的湿球温度）。u此阶段食品水分沿着曲线下降，而干燥速率此阶段食品水分沿着曲线下降，而干燥速率则由零增至最高值。进入恒速干燥。则由零增至最高值。进入恒速干燥。6/10/2023572.恒速干燥阶段u在此阶段，水分从湿物料内部向其表面传在此阶段，水分从湿物料内部向其表面传递的速率与水分自物料表面汽化的速率相递的速率与水分自物料表面汽化的速率相等，物料表面始终处于湿润状态。即表面等，物料表面始终处于湿润状态。即表面有充足的非结合水分，物料表面的状况与有充足的非结合水分，物料表面的状况与湿球温度计中湿纱布表面的状况相似，物湿球温度计中湿纱布表面的状况相似，物料表面温度等于湿球温度；而它的中心温料表面温度等于湿球温度；而它的中心温度却低于湿球温度。度却低于湿球温度。6/10/2023582.恒速干燥阶段u此阶段的汽化水分为非结合水分，与自由此阶段的汽化水分为非结合水分，与自由水分的汽化情况无异。水分的汽化情况无异。u恒速干燥阶段的干燥速率的大小取决于物恒速干燥阶段的干燥速率的大小取决于物料表面水分汽化速率，即决定于物料外部料表面水分汽化速率，即决定于物料外部的干燥条件，所以恒速干燥阶段又称为表的干燥条件，所以恒速干燥阶段又称为表面汽化控制阶段。面汽化控制阶段。6/10/2023593.降速干燥阶段u干燥操作中，当物料的湿含量降至干燥操作中，当物料的湿含量降至临界湿含量以后，便转入降速干燥阶段。在此阶以后，便转入降速干燥阶段。在此阶段，水分自物料内部向表面汽化的速率低段，水分自物料内部向表面汽化的速率低于物料表面水分的汽化速率，湿物料表面于物料表面水分的汽化速率，湿物料表面逐渐变干，汽化表面向物料内部移动，物逐渐变干，汽化表面向物料内部移动，物料温度不断上升，干燥速率越来越低。料温度不断上升，干燥速率越来越低。6/10/2023603.降速干燥阶段u降速干燥阶段干燥速率的大小主要取决于降速干燥阶段干燥速率的大小主要取决于物料本身的结构、形状和尺寸，与外部的物料本身的结构、形状和尺寸，与外部的干燥条件关系不大，所以降速阶段又称为干燥条件关系不大，所以降速阶段又称为物料内部迁移控制阶段。物料内部迁移控制阶段。6/10/202361产生降速的原因（1 1）实际汽化表面减小。）实际汽化表面减小。（2 2）汽化表面的内移。）汽化表面的内移。（3 3）平衡蒸汽压下降。）平衡蒸汽压下降。（4 4）物料内部水分扩散受阻。）物料内部水分扩散受阻。6/10/2023624.临界湿含量u物料在干燥过程中，恒速干燥阶段与降速干物料在干燥过程中，恒速干燥阶段与降速干燥阶段的转折点时的湿含量为燥阶段的转折点时的湿含量为临界湿含量临界湿含量。u临界湿含量临界湿含量越大，转入降速干燥阶段越早，越大，转入降速干燥阶段越早，对干燥不利。对干燥不利。6/10/2023634.临界湿含量u临界湿含量临界湿含量随物料的性质、厚度及干燥条随物料的性质、厚度及干燥条件不同而异。非多孔物料比多孔物料高；件不同而异。非多孔物料比多孔物料高；物料层越厚，物料层越厚，临界湿含量临界湿含量越高。越高。6/10/202364.干燥过程中食品的主要变化u干缩干缩u表面硬化表面硬化u物料内部多孔性的形成物料内部多孔性的形成u蛋白质变性蛋白质变性u脂肪氧化脂肪氧化u维生素损失维生素损失u褐变褐变6/10/202365