第二章 食品的干燥技術(shù)

第二章

食品的干燥技術(shù)概述食品的冷凍干燥技術(shù)食品的噴霧干燥技術(shù)§2.1概述

一.食品濕物料去濕的方式

——機械去濕如過濾、離心分離等；

——物理化學去濕如石灰、無水CaCl2吸附去濕；

——熱能去濕即狹隘定義上的干燥。

食品的干燥過程涉及復雜的化學、物理和生物學的變化，對產(chǎn)品品質(zhì)和衛(wèi)生標準要求很高，有些干燥制品還要求具有良好的復水性。因此要根據(jù)物料的性質(zhì)（粘附性、分散性、熱敏性等）和生產(chǎn)工藝要求，并考慮投資費用、操作費用等經(jīng)濟因素，正確合理的選用不同的干燥方法和相應的干燥裝置。提供熱能的方式①對流干燥（熱風干燥）

以熱空氣為熱源，即對流傳熱將熱量傳給物料，同時又將汽化水分帶走。熱空氣既是載體，又是載濕體。熱風干燥一般多在常壓下進行。②傳導干燥

靠間壁的導熱將熱量傳給物料，熱源可以是水蒸氣、熱水、熱空氣等。在常壓下操作時，物體與氣體間雖有熱交換，但氣體主要起載濕體的作用。接觸干燥也可在真空下進行。③輻射干燥

利用紅外線、微波等作為熱源，將熱量傳給物料，此方法與接觸干燥的不同僅在于熱源的不同。二.食品物料中水分的存在形式

按水分水分除去的難易可分為：

結(jié)合水非結(jié)合水（區(qū)別是水分活度）化學結(jié)合水物理化學結(jié)合水（包括吸附水、滲透水和結(jié)構(gòu)水）機械結(jié)合水按水分與物料間架的結(jié)合形式可以將物料中的結(jié)合水分為：

食品濕物料在干燥過程中，所除去的水分主要是機械結(jié)合水和部分物理化學結(jié)合水。在干燥過程中，首先除去的是結(jié)合力最弱的機械結(jié)合水，然后是部分結(jié)合力較弱的物理化學結(jié)合水，最后才是結(jié)合力較強的物理化學結(jié)合水。在干制品中殘存的是那些結(jié)合力很強，難以用干燥的方法除去的少量物理化學結(jié)合水和化學結(jié)合水。三.食品物料濕含量的表示方法

1.濕基含水量

是以濕物料為基準，水分占總質(zhì)量的百分比，即：

式中w――濕基濕含量（％）；

m――水的質(zhì)量（kg）；

m0――濕物料的總質(zhì)量（kg）。2.干基含水量

干基濕含量以不變的干物質(zhì)為基準，指濕物料中水分與干物質(zhì)質(zhì)量的百分比。即：

w’――干基濕含量，％；mc――濕物料中干物質(zhì)的質(zhì)量，kg?；?/p>

是指物料表面水分的蒸氣壓與相同溫度下純水的飽和蒸氣壓之比。即：

Aw=PV/PS四、水分活度式中Aw--水分活度;

Pv

--物料表面水分的蒸氣壓，Pa;

Ps

--同溫度下純水的飽和蒸氣壓，Pa.

物料中自由水的蒸氣壓與同溫度純水的蒸氣壓接近，所以它的活度接近于1。對于理想的結(jié)合力為無限大的水分，其蒸氣壓可假設(shè)為0，所以其水分活度也趨近于0。實際上食品物料中水與固相的結(jié)合力不同，它們的水分活度在0～1之間。溫度不變，Aw增大表示了物料中水分汽化能力的增大，水分透過細胞膜的滲透能力增大，水分在物料內(nèi)部擴散速率增大。物料濕含量與水分活度之間的關(guān)系不僅與溫度有關(guān)，而且與食品物料的種類有關(guān)。五、水分活度與食品的保藏性食品的腐敗變質(zhì)通常是由微生物作用和生化反應所造成的，任何微生物進行正常的生長繁殖以及多數(shù)生化反應都需要以水作為溶劑或介質(zhì)。但它們所能利用的水分主要是物料中的非結(jié)合水分，也稱之為有效水分，只有有效水分才能被微生物、酶和化學反應所觸及。當水分活度降至0.75以下，食品的腐敗變質(zhì)才顯著減慢；水分活度降至0.70以下，物料能在室溫下進行較長時間的貯存；而當水分含量降低1％以下時可以完全抑制酶的活性。微生物與水分活度的關(guān)系A(chǔ)w微生物生長狀況Aw微生物生長狀況<0.94大多數(shù)細菌不能生長繁殖<0.74大多數(shù)霉菌不能生長繁殖<0.85大多數(shù)酵母不能生長繁殖<0.62幾乎沒有能夠生長繁殖的微生物目前的干燥方法通常采用的干燥溫度不是很高，即使是高溫干燥，因脫水時間極短，微生物只是隨著干燥過程中水分活度的降低慢慢進入休眠狀態(tài)。因此食品干燥過程不能代替食品必要的滅菌處理，應該在干制工藝中采取相應的滅菌措施以保證干制品安全衛(wèi)生并延長貨價壽命。也同樣不能用干燥來代替對酶的滅活和鈍化。六.干燥介質(zhì)（熱空氣）1.濕度

空氣中的水分含量也用濕度來表示兩種表示方法，即絕對濕度和相對濕度。2.溫度

濕空氣的溫度可用干球溫度和濕球溫度表示。用普通溫度計測得的濕空氣實際溫度即為干球溫度。若用濕紗布包扎溫度計的感溫部分，紗布下端浸在水中，以維持其處在濕潤狀態(tài)，就成為濕球溫度計。將濕球溫度計置于濕空氣中，經(jīng)過一段時間達到穩(wěn)定后，其度數(shù)稱為濕球溫度。

3、臨界含水量

擴散控制的轉(zhuǎn)折點。臨界點處物料的含水量稱為臨界含水量或臨界濕含量。其因物料的性質(zhì)、厚度和干燥速率的不同而異。同一物料，如干燥速率增加，則臨界含水量增大；在一定的干燥速率下，物料愈厚，則臨界含水量愈高。在食品工業(yè)中，物料的降速干燥最為常見。如新鮮水果、蔬菜、畜肉、魚肉等加工制品以及果膠、明膠、酪蛋白等膠體物質(zhì)的干燥均以降速階段為主。有時甚至無恒速段，此時干燥操作的強化須從改善內(nèi)部擴散著眼。不同性質(zhì)物料的臨界含水量范圍物料特征示例臨界含水量/%粗核無孔物料50＞目晶體粒狀，孔隙較少，粒度為50～325目晶體，粒狀，孔隙較少粗纖維細粉和無定性、膠體狀細纖維，無定性和均勻狀態(tài)的壓緊物料、有機物的無機鹽膠體和凝膠狀態(tài)，有機物和無機鹽石英食鹽谷氨酸結(jié)晶醋酸纖維淀粉、硬脂酸鈣動物膠、硬脂酸鈣3～55～1515～2525～5050～100100～20004、影響干燥速率的因素

對于對流干燥，主要有以下幾方面：①濕物料的性質(zhì)與形狀包括物理結(jié)構(gòu)、化學組成、形狀大小、料層厚薄及水分結(jié)合方式。②物料的濕度物料中的水分活度與濕度有關(guān)，因而影響干燥速率。③物料的溫度溫度與水分的蒸汽壓和擴散系數(shù)有關(guān)。④干燥介質(zhì)的狀態(tài)溫度愈高相對濕度愈低，對增大干燥速率愈有利。⑤干燥介質(zhì)的流速由邊界層理論可知，流速愈大，氣膜愈薄，愈有利于增加干燥速率。⑥介質(zhì)與物料的接觸狀況，主要指介質(zhì)的流動方向。流動方向垂直與物料表面時，干燥速率最快。對真空干燥，除濕物料的性質(zhì)、形狀、溫度、濕度影響干燥速率外，影響傳熱的因素也影響干燥速率，主要有幾個方面：①物料與加料板或輻射源的靠緊程度，料盤的形狀和材料等。②加熱蒸汽壓強和輻射體的溫度、功率。③設(shè)備密封性和真空泵的性能。

八.干燥過程中的食品物料的主要變化

1.物理變化物料干縮表面硬化內(nèi)部多孔性2.化學變化蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、色素等的變化。九.干燥方法

按干燥方式：間歇式和連續(xù)式；

工作原理：對流干燥、傳導干燥、輻射干燥；

按操作壓力：常壓干燥和真空干燥；

對流干燥應用最多：自然干燥、噴霧干燥、

流化床干燥等對輻射干燥包括：微波干燥、紅外線干燥等?！?.2食品的冷凍干燥技術(shù)

定義：冷凍干燥是將物料預冷至-30～-40℃，使物料中的大部分水凍結(jié)成冰，然后提供低溫熱源，在真空狀態(tài)下，使冰直接升華為水蒸氣而使物料脫水的過程。因此，冷凍干燥又稱真空冷凍干燥、冷凍升華干燥。

一、冷凍干燥的特點

①食品干燥是在低溫(-40～-60℃)下進行,且處于高真空狀態(tài)，因此，特別適用于熱敏性高和極易氧化食品的干燥,可以保留新鮮食品原有的色、香、味及營養(yǎng)成份。②凍干制品不失原有的固體骨架結(jié)構(gòu),保持物料原有的形態(tài),同時干制品可以加工成極細的粉狀物料,用于制作保健品、調(diào)味品和速溶品等。③在升華干燥過程中,固態(tài)冰晶升華成水蒸汽后在食品物料中留下空隙，故冷凍干燥食品具有干燥的海綿狀多孔性結(jié)構(gòu)，食品因此具有理想的速溶性和快速而近乎完全的復水性。④由于在升華干燥過程中,食品中的可溶性物質(zhì)在原位置就地析出，這就避免了一般干燥方法中由于物料內(nèi)部水分向其表面毛細流動遷移而將可溶性物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)攜帶至物料表面所造成的營養(yǎng)損失和物料表面硬化等不良現(xiàn)象。新鮮蔬菜、水果經(jīng)脫水后，由于香味、糖分被濃縮，吃起來比原來更香甜可口。鮮肉脫水后的味道比原來更鮮美，且復水性好。⑤凍干食品采用真空或充氮包裝和避光貯藏，可保持5年不變質(zhì)，與速凍食品相比，免除了運輸、儲存和銷售過程中耗費很高的冷藏鏈。⑥冷凍干燥食品的脫水徹底，重量輕，尤其適合于長途運輸以及野外作業(yè)，如軍事、航空、航天、勘探等特殊環(huán)境下的食品供給。在快餐以及其他即時食品業(yè)中也有廣泛應用。二、冷凍干燥的原理

冷凍干燥包括兩個過程①物料凍結(jié)；②冰晶升華。1、水的相平衡關(guān)系①氣、液、固三態(tài)②點、線關(guān)系③三相點：610.5Pa，0.0098℃水的相平衡示意圖溫度/℃溫度℃2、凍結(jié)冷凍

冷凍干燥產(chǎn)品的質(zhì)量以及干燥持續(xù)的時間與凍結(jié)過程密切相關(guān)，凍結(jié)速率和最終溫度是取得良好結(jié)果的決定性參數(shù)。

凍結(jié)速率即單位時間的溫度降。凍結(jié)速率很大程度上影響凍結(jié)物品的顏色、堅固性、香味和結(jié)構(gòu)。凍結(jié)速率小，形成少量的晶核，但成長為大的晶體。大晶體有利于在較短時間內(nèi)完成升華過程，但是大晶體會損壞物料的細胞結(jié)構(gòu)。大的凍結(jié)速率可形成很多晶核并生長為小的冰晶，則可很好地保持原來的結(jié)構(gòu)形狀，以及原有的色香味和生物活性等。常采取極快的凍結(jié)速率，很好地保持物料原有的纖維組織結(jié)構(gòu)或生物活性等。而冷凍干燥食品的香味是判定質(zhì)量的一個重要準則。凍結(jié)時的溶質(zhì)效應隨著食品物料溫度的下降至冰點以下，開始有純冰晶析出，但剩余的溶液溶質(zhì)濃度越來越大，那么再繼續(xù)結(jié)冰的溫度也越來越低，即只有達到最低共熔點溫度，才能全部結(jié)冰。如NaCl、CaCl2的最低共熔點溫度為-20℃和-54.9℃。事實上，食品物料還要殘留一部分的水分，同時為了節(jié)約冷量，降低生產(chǎn)成本，冷凍溫度并非達到最低共熔溫度。許多食品物料的組織結(jié)構(gòu)中不僅含有純水，而且含有稀的鹽溶液。溫度℃溫度℃鹽水最低共熔點3.食品冷凍干燥過程的傳質(zhì)和傳熱①冷凍干燥的傳質(zhì)

物體冷凍干燥時在整個升華過程中總是存在著一定的升華表面，把物料固相內(nèi)部分成兩個區(qū)域：即已干層和凍結(jié)層。實際上，上述兩層之間不會存在明顯的界限，界面內(nèi)外的水分含量有一個逐漸過渡的區(qū)域，稱為過渡區(qū)。傳導和輻射是冷凍干燥所采用的主要傳熱方式。一(a)為傳熱和傳質(zhì)沿同一途徑，但方向相反；二(b)為傳熱經(jīng)過凍結(jié)層，而傳質(zhì)經(jīng)過已干層；三(c)為熱量從冰的內(nèi)部發(fā)生，而傳質(zhì)經(jīng)過已干層。②冷凍干燥的傳熱物料內(nèi)部的傳熱和傳質(zhì)示意圖③冷凍干燥應注意的問題

升華干燥過程中，保持足夠的真空度供熱太快，受熱不均勻或預凍不完全，則會在升華過程中，使產(chǎn)品部分液化，在減壓條件下產(chǎn)生噴瓶現(xiàn)象，使制品表面不平整保持恒定升華溫度

速凍過程要快，越快，生成的冰晶越小，對物品結(jié)構(gòu)影響越小凍結(jié)溫度應在三相點以下一、冷凍干燥裝置的系統(tǒng)組成1.冷凍干燥室：冷凍干燥室有臥式圓柱形、箱形等類型2.真空系統(tǒng)：由冷凍干燥室、低溫冷凝器、真空閥門和管道、真空泵和真空儀表等構(gòu)成冷凍干燥設(shè)備的真空系統(tǒng)，系統(tǒng)要求密封性能好。3.制冷系統(tǒng)：制冷系統(tǒng)由冷凍機組、冷凍干燥室和低溫冷凝器內(nèi)部的管道組成

。4.加熱系統(tǒng)

5.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)：由各種開關(guān)、安全裝置、自動監(jiān)測傳感器和儀表組成。

三、冷凍干燥裝置

原料冷凍干燥室加熱系統(tǒng)加熱系統(tǒng)凍結(jié)系統(tǒng)制冷系統(tǒng)真空系統(tǒng)控制系統(tǒng)干制品冷凍干燥設(shè)備

冷凍干燥裝置的型式

（一）間歇式冷凍干燥裝置（二）多箱間歇式和隧道式冷凍干燥裝置（三）連續(xù)式冷凍干燥裝置1－冷凝器；2-膨脹閥；3-干燥室；4-水氣冷凝進口閥；5-冷阱；6-膨脹閥；7-冷凝器；8-制冷壓縮機；9-熱交換器；10-真空泵；11-制冷壓縮機疫苗生產(chǎn)的冷凍干燥過程四、冷凍干燥在食品工業(yè)中的應用

1.咖啡2.水果（草莓、香蕉等）3.蔬菜（胡蘿卜、菠菜、蔥、姜、蘑菇等）§2.3食品的噴霧干燥技術(shù)

定義：噴霧干燥是以單一工序?qū)⑷芤骸⑷闈嵋?、懸浮液或漿狀物料加工成粉狀干制品的一種干燥方法。它將液體通過霧化器的作用，噴成極細的霧狀液滴，并依靠干燥介質(zhì)（熱空氣，煙道氣或惰性氣體）與霧滴的均勻混合，并進行能量交換和物質(zhì)交換，使水分（或溶劑）汽化的過程。一、噴霧干燥技術(shù)的特點

①干燥速率高、時間短；②物料的溫度較低；③制品有良好的分散性和溶解性；④產(chǎn)品純度高；⑤生產(chǎn)過程簡單，操作控制方便；⑥適宜于連續(xù)化生產(chǎn)。二、霧化形式與噴霧器

霧化形式一般有三種：氣流噴嘴式霧化、壓力式噴嘴霧化和離心旋轉(zhuǎn)式霧化：1.氣流噴嘴式霧化是利用壓縮空氣壓縮空氣(或水蒸氣)以高速從噴嘴噴出，借助于空氣(或蒸汽)、料液兩相間相對速度的不同產(chǎn)生的摩擦力，把料液分散成霧滴。

2.壓力式噴嘴霧化是利用壓力泵將料液從噴嘴孔內(nèi)高壓噴出,將壓力能轉(zhuǎn)化為動能,與干燥介質(zhì)接觸分散成霧滴。3.旋轉(zhuǎn)式霧化是指料液經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的盤或輪,在離心力作用下,從盤或輪邊緣甩出,與周圍介質(zhì)接觸形成料霧。噴霧干燥設(shè)備一般由干燥室、噴頭、空氣濾過器、預熱器、氣粉分離室、收集桶、鼓風機組成。噴霧器是噴霧干燥設(shè)備的關(guān)鍵部分，它影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和能量消耗。常用噴霧器有三種類型:

壓力式噴霧器、氣流式噴霧器、離心式噴霧器噴霧器離心噴霧器操作示意圖壓力式噴霧操作示意圖二流式噴嘴三流式噴嘴四流式噴嘴1-干燥用熱風；2、4-空氣；3-料液噴霧狀態(tài)壓力噴嘴不同的噴