食品工程原理

食品工程原理食品冷凍技術(shù)了解食品冷凍冷藏對食品保鮮作用的基本原理。過程：食品中的自由水形成冰晶體特點：食品的冰點低于水的冰點（見附錄表15P.685）食品的物理性質(zhì)變化：密度降低，內(nèi)壓升高，比熱容降低，熱導(dǎo)率升高見圖6-47（1）（2）P.354凍結(jié)速度對食品結(jié)構(gòu)的影響：凍結(jié)過程進(jìn)行得越慢，細(xì)胞間隙里的水分就會形成冰晶聚集，冰晶顆粒越大，水分重新分布越顯著，越容易破壞食品的細(xì)胞組織；反之，快速凍結(jié)使細(xì)胞內(nèi)的水分大多數(shù)在原地凍結(jié)，冰晶體分布均勻且顆粒較小，可以在食品解凍時最大程度地保持食品原有的組織狀態(tài)。顆粒與流涕之間的相對運動了解離心沉降的基本原理。1沉降：分散相在連續(xù)相中運動。定義：利用分散相與連續(xù)相之間的密度差，使分散相相對于連續(xù)相運動而實現(xiàn)分離的操作。如果沉降在重力場中進(jìn)行，就稱為重力沉降。例如，將一桶含有泥砂的河水靜置一段時間，水中的泥砂沉到桶底，就得到了比較清潔的水。這個過程就是重力沉降過程，作用原理就是泥砂的密度大于水。2過濾：連續(xù)相相對于分散相運動。3離心分離：依靠分離設(shè)備的旋轉(zhuǎn)，使物系處于離心場下從而使懸浮液分離的操作。了解液體過濾的基本原理。乳化了解食品乳化操作基本原理；HLB概念及其在選擇乳化劑時的參照意義。粉碎與篩分了解各種粉碎方法與原理。了解食品工業(yè)上的應(yīng)用。吸附了解基本概念；吸附過程和吸附理論。了解吸附技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用。浸出和萃取了解浸出和萃取理論的基本概念以及操作原理、了解浸出和萃取在食品工業(yè)中的應(yīng)用。液體濃縮了解液體濃縮的基本方法及原理。了解各種蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、特點及其適用范圍。了解濃縮過程在食品工業(yè)中的應(yīng)用。食品干燥了解臨界水含量的概念；平衡水分與自由水分、結(jié)合水分與非結(jié)合水分的概念。平衡水分和自由水分當(dāng)一定狀態(tài)的空氣和濕物料接觸，達(dá)到平衡時的水分就稱為平衡水分，即濕物料中水分的活度pw/ps與濕空氣的相對濕度j相等時物料的含水量。當(dāng)物料和濕空氣接觸后，一旦達(dá)到平衡，即物料中的水分達(dá)到平衡水分，如果濕空氣的狀態(tài)不變，干燥就停止了。在此之前，物料水分大于平衡水分的那部分水分就稱為自由水分。自由水分可以用干燥的方法去除。物料中的水分與一定溫度t、相對濕度φ的不飽和濕空氣達(dá)到平衡狀態(tài)，此時物料所含水分稱為該空氣條件(t、φ)下物料的平衡水分。在干燥過程中能除去的水分只是物料中超出平衡水分的那一部分，稱為自由水分。平衡水分隨物料的種類及空氣的狀態(tài)(t，φ)不同而異。平衡水分代表物料在一定空氣狀況下可以干燥的限度。結(jié)合水分與非結(jié)合水分按照物料中水分與物料的結(jié)合方式不同，物料中的水分可以劃分為以下幾種：化學(xué)結(jié)合水如結(jié)晶水，不能用干燥方法去除；物化結(jié)合水如吸附水分，滲透水分，結(jié)構(gòu)水分，其中吸附水分結(jié)合力最強(qiáng)；機(jī)械結(jié)合水如毛細(xì)管水分，空隙中水分，表面濕潤水分，其中表面濕潤水分結(jié)合力最強(qiáng)。結(jié)合力強(qiáng)的水分水分難去除，稱為結(jié)合水分；結(jié)合力弱的水分水分易去除，稱為非結(jié)合水分。平衡水分曲線以上的為自由水分，平衡水分曲線與j=100%線交點以上的為非結(jié)合水分，容易除去。非結(jié)合水分的活度?1，它與物料的結(jié)合力極弱。汽化這種水分與汽化純水相同，極易用干燥的方法除去。結(jié)合水分包括物料細(xì)胞壁內(nèi)的水分、物料內(nèi)毛細(xì)管中的水分、及以結(jié)晶水的形態(tài)存在于固體物料之中的水分等。特點：借化學(xué)力或物理化學(xué)力與物料相結(jié)合的，由于結(jié)合力強(qiáng)，其蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，致使干燥過程的傳質(zhì)推動力降低，故除去結(jié)合水分較困難。非結(jié)合水分包括機(jī)械地附著于固體表面的水分，如物料表面的吸附水分、較大孔隙中的水分等。特點：物料中非結(jié)合水分與物料的結(jié)合力弱，其蒸汽壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓相同，干燥過程中除去非結(jié)合水分較容易。物料的結(jié)合水分和非結(jié)合水分的劃分只取決于物料本身的性質(zhì)，而與干燥介質(zhì)的狀態(tài)無關(guān)；平衡水分與自由水分則還取決于干燥介質(zhì)的狀態(tài)。干燥介質(zhì)狀態(tài)改變時，平衡水分和自由水分的數(shù)值將隨之改變。了解影響干燥速度的因素。（1）濕物料的性質(zhì)與形狀：包括物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)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：溫度與水分的蒸氣壓和擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)。（4）干燥介質(zhì)的狀態(tài)：溫度越高，相對濕度越低，干燥速率越大。（5）干燥介質(zhì)的流速：由邊界層理論可知，流速越大，氣膜越薄，干燥速率越大。（6）介質(zhì)與物料的接觸狀況：主要是指介質(zhì)的流動方向。流動方向垂直于物料表面時，干燥速率最快。了解干燥器的形式及特點。干燥器的分類：按操作壓強(qiáng)分：常壓干燥器、真空干燥器；按操作方式分：連續(xù)式、間歇式；按供熱方式分：對流干燥器、傳導(dǎo)干燥器、輻射干燥器、介電加熱干燥器；按介質(zhì)和物料的相對運動方向分：并流、逆流、錯流干燥器；并流、逆流、錯流干燥器的特點：并流：含水量高的物料與溫度最高而濕度最低的介質(zhì)相接觸，在進(jìn)口端的干燥推動力大，在出口端的推動力小。適用情況：（1）干物料不耐高溫而濕物料允許快速干燥；在干燥第一階段，物料溫度始終維持在濕球溫度，到第二階段，物料溫度才逐漸上升，但此時介質(zhì)溫度已下降，物料不致于過熱。（2）物料的吸濕性小或最終水分要求不很低；物料在出口處與溫度最低、濕度最高（即相對濕度最大）的介質(zhì)接觸，其平衡水分高。逆流：物料與干燥介質(zhì)的運動方向相反，干燥推動力在干燥器中分布較均勻。適用情況：（1）濕物料不宜快干而干物料能耐高溫；（2）物料的吸濕性強(qiáng)或最終含水量要求低；注：在逆流時，濕物料進(jìn)入的溫度不應(yīng)低于干燥介質(zhì)在此處的露點，否則濕度高的干燥介質(zhì)中有一部分水蒸氣會冷凝在濕物料上，從而增加干燥時間。錯流：高溫介質(zhì)與物料運動方向相垂直，如果物料表面都與濕度小、溫度高的介質(zhì)接觸，可獲得較高的推動力，但介質(zhì)的用量和熱量的消耗也較大。適用情況：（1）物料在干燥的始、終都允許快速干燥和高溫；（2）要求設(shè)備緊湊（過程速度大）而允許較多的介質(zhì)和能耗。對流干燥器：(1)廂式干燥器（盤式干燥器）優(yōu)點：構(gòu)造簡單、制造容易、適應(yīng)性強(qiáng)。缺點：干燥不均勻，干燥時間長，勞動強(qiáng)度大，操作條件差。適用于干燥粒狀、片狀和膏狀物料，批量小、干燥程度要求高、不允許粉碎的脆性物料，以及隨時需要改變風(fēng)量、溫度和濕度等干燥條件的情況。(2)帶式干燥器帶式干燥器是使用環(huán)帶作為輸送物料的干燥器。運輸帶通常用帆布、橡膠、金屬絲網(wǎng)制成，以金屬絲網(wǎng)居多。(3)沸騰床干燥器（流化床干燥）工作原理：散粒狀物料由床側(cè)加料器加入，熱氣流通過多孔分布板與物料層接觸，氣流速度保持在臨界流化速度和帶出速度之間，顆粒即能在床層內(nèi)形成流化，顆粒在熱氣流中上下翻動與碰撞，與熱氣流進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)而達(dá)到干燥的目的。當(dāng)床層膨脹到一定高度時，床層空隙率增大而使氣流流速下降，顆粒又重新落下而不致被氣流所帶走。經(jīng)干燥之后的顆粒由床側(cè)出料管卸出，氣流由頂部排出，并經(jīng)旋風(fēng)分離器回收其中夾帶的粉塵。優(yōu)點：顆粒在干燥器內(nèi)的停留時間可任意調(diào)節(jié)；氣流速度小，物料與設(shè)備的磨損較輕，壓降??；傳熱面大，物料的最終含水量低；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。缺點：因顆粒在床層中高度混合，則可引起物料的短路和返混，物料在干燥器內(nèi)的停留時間不均勻。(4)噴動床干燥器原理及流程：物料從窄截面處加入，被進(jìn)口氣體夾帶并進(jìn)行輸送，同時使物料沿器壁返回床層，從而使物料形成循環(huán)運動。物料循環(huán)頻率與氣速有關(guān)。物料在干燥器的擴(kuò)大部分物料呈沸騰狀態(tài)，在此被干燥。(5)氣流干燥器優(yōu)點：對流傳熱系數(shù)和傳熱溫度差大，干燥器的體積小，干燥速率快，物料停留時間短，可在高溫下干燥；熱利用率高；設(shè)備緊湊，結(jié)構(gòu)簡單；可以完全自動控制。缺點：氣流在系統(tǒng)中壓降較大；干燥管長；在干燥過程中存在摩擦，易將產(chǎn)品磨碎；分離器的負(fù)荷大。適用于在潮濕狀態(tài)下仍能在氣體中自由流動的顆粒物料，可利用高速的熱氣流使粉、粒狀的物料懸浮于其中，在氣力輸送過程中進(jìn)行干燥。(6)轉(zhuǎn)筒干燥器（回轉(zhuǎn)式干燥器）轉(zhuǎn)筒：呈傾斜狀，在旋轉(zhuǎn)時，借助重力的作用使物料向低端輸送抄板：將物料抄起后再灑下，增大干燥面積，提高干燥速率；同時促進(jìn)物料向前運動。優(yōu)點：處理量大，適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)能力大，操作控