食品干燥新技术及其应用

食品干燥新技术及其应用周水琴，　应义斌　（浙江大学　生物系统工程与食品科学学院，浙江 杭州 ３１００２９）　［摘 要］　综述了食品干燥的方法，其中包括一些新型干燥技术，如微波冷冻干燥、热球干燥、超声波干燥、离心式流化床干燥，并对每种方法的优点与缺点做了对比，对其应用也做了介绍。

［关键词］食品加工技术；干燥技术；综述；脱水；微波冷冻干燥；热球干燥［中图分类号］ Ｓ２２５．３６ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］ １００３－１８８Ｘ（２００３）０４－０１５０－０３　１ 引言　脱水是保存食品最古老的方法。

水果在太阳下曝晒、鱼和肉的熏烤等都是源于古代的干燥方法。

食品干燥最主要的问题就在于质量损失。

干燥食品的质量减轻，可以节约运输成本，但是由于大部分传统干燥工艺采用高温干燥，干燥食品在质量上也有所下降。

而消费者对产品的质量要求是：干燥后产品能保留原有的色、香、味，且食用方便。

目前，许多新型干燥技术利用低温干燥或减少干燥时间等方法，因此可以考虑用于食品工业。

另外，运用这些新技术还有可能生产出风味独特的产品来。

本文介绍了一些新型的干燥方法及其优缺点，同时还讨论了每个过程的可控因素。

大部分干燥过程可以分为两个阶段：第一阶段是恒速阶段。

这时，产品内部含水量以恒定速率转移到物料表面，因此含水量以恒定速率减少。

第二阶段是降速阶段。

此时的降水速率大小随产品不同而不同，当产品到达某个含水量时，干燥速率下降，不同的产品有不同的转折点。

２ 传统干燥技术　２．１ 太阳能干燥　太阳能干燥可能是目前应用最古老的方法。

它的应用可以追溯到古代，且一直被用作多种产品的干燥，如水果、鱼、肉、植物等。

但这种传统的方法有几个缺点：要求有大面积的晒场；干燥周期长；劳动强度大；干燥速率较难控制；易受虫、蝇、鸟的污染和雨水的袭击，影响产品质量或造成霉烂变质，从而造成巨大损失。

为克服传统太阳能干燥的缺点，现代太阳能干燥方法已大有改进。

现代太阳能干燥常将物料放于特制的玻璃棚中，并用太阳能集热器或辅以燃料加热室，在日晒的同时还有热空气的对流，加速了物料的干燥。

２．２ 转鼓干燥　转鼓干燥的干燥器由一个或两个金属圆筒组成，圆筒两侧装有轴，圆筒水平放置，可随轴转动。

在圆筒内通入蒸汽、热水或其它加热载体，故圆筒为传热壁。

液状物料在圆筒外表面形成薄膜并受热而干燥。

转鼓干燥必须注意使被干燥产品较好地与转鼓粘结，因此在有些情况下，有必要在产品中加入别的物质，以改变液体产品的张力或粘度。

这种技术在过去应用比较广泛，但随着近年来其它热损失较小的干燥方法的诞生，它在食品干燥中的应用逐渐减少。

动物胶是用转鼓干燥的产品之一。

２．３ 喷雾干燥　液态食品脱水制成粉品的过程通常可采用喷雾干燥，如各种水果汁（浆）、蛋奶制品等。

喷雾干燥时液态物料可通过压力雾化器、离心雾化器或气流雾化器雾化成很小的液滴（直径５～３００μｍ），因而，单位质量的液态物料具有很大的表面积。

若平均液滴直径以５０μｍ计，则每升牛奶喷雾后为１４６亿个雾滴，其总面积为５４００ｍ２。

喷雾干燥时，常采用温度较高的热空气，如牛奶喷雾干燥时的热空气温度可高达２５０℃，但由于液滴含有大量水分，在喷雾干燥中，液滴在等速干燥阶段的温度大约为５０°～６０℃，故非常适于一般热敏性食品的脱水。

干燥产品经常要求进行造粒处理，以提高粉品在水中的速溶性。

因此，喷雾干燥可与流化床结合，使降速干燥阶段主要在流化床内进行，并把液体直接转换成颗粒产品。

这种方法最大的缺点是设备尺寸较大，而且并不是所有液态物料均可以干燥：如含油脂成分高的产品在雾化前需进行去脂处理。

因此需对此方法做进一步［收稿日期］ ２００３－０２－１７　[作者简介] 周水琴（１９７８-），女，浙江萧山人，浙江大学生物系统工程系在读硕士，主要从事农产品品质无损检测研究工作．　- 150 -的改进。

２．４ 流化床干燥　最先运用流化床干燥技术的是二战期间的美国石油公司。

此技术最初用于石油的催化裂化，随后化工界人士很快就发现流化干燥是一种较通用的技术，并把它应用于多种产品的干燥。

其最重要的特点是可以形成尺寸相同的颗粒，并保持常温。

流化床干燥由于热空气与被干燥颗粒物料之间的充分接触，颗粒在空气中翻动，故有很高的传热系数。

流化特性取决于颗粒特性：尺寸分布、密度、形状及粘度。

形成流化的热空气的特性包括密度和粘度。

典型的流化床干燥器有一个锥形反应室，热空气从底部进入，通过物料层，再从顶部出去。

流化床改进后添加了振动机械装置，以改善产品与热空气的接触性能。

流化床干燥通常是分批式干燥，要求颗粒容易流体化，尺寸小而均匀，离散性能好。

因此，像豌豆这样的小型蔬菜切片比较适合用这种方法来干燥。

但是像粉末这些产品则不适合，因为它们会堵塞旋内分离器。

流化床干燥在奶制品加工中应用较为广泛。

２．５ 冷冻干燥　冷冻干燥是将物料预冷至－３０°～-４０℃，使物料中的大部分水都冻结为冰，然后提供低温热源，在真空状态下，使冰直接升华为水蒸汽而使物料脱水的过程。

由于冷冻干燥在低温下进行，可避免干燥过程的热损害和氧化损害。

由于水分在冻结状态下由升华而排除，在升华过程中物料被固定为一定的形状，没有水的流动。

因此，香味组分仍被固定在物料中，损失较少。

由此获得的产品，其形状、色、香、味和维生素Ｃ及其它营养成分保留较好。

　２．６ 其它干燥方法　对于某些特定产品，我们使用许多特定的干燥方法，膨化就是其中的一种。

膨化是一种物理过程，它是由于外界环境的瞬时压差，使物质的组织结构发生的变化，原来的微小颗粒变成了蜂窝结构，因此体积增大。

另外一种方法是渗透脱水，果蔬的渗透脱水是指果蔬在一定温度下，浸入一高渗透压的溶液中(糖溶液或盐溶液)，除去其中部分水分的一种方法。

目前，已报道的应用渗透脱水加工的果蔬品种主要有：杏子、樱桃、苹果、菠萝、草莓、梨、桃、芒果、猕猴桃、椰子、葡萄、蓝莓、豌豆、四季豆、土豆、甜薯、花菜、蘑菇及葫萝卜等。

把渗透脱水与真空干燥结合起来，就可以生产出品质好、含水量适中的产品。

３ 新型干燥技术　３．１ 微波干燥和介电干燥　微波是一种高频电磁波，具有介电感应的加热效应，能用于物料的加热、干燥、杀菌等。

微波的加热方式与普通的热传递有着较大不同。

通过空间高频电场在空间不断变换方向，使物料中的极性分子随着电场做高频振动。

由于分子间的摩擦挤压作用，使物料迅速发热。

此种加热方式称为介电加热。

微波加热具有以下特征：　 （１）　穿透性。

微波可以直接穿透入物料内部，对内外均衡加热，从而大大缩短了加热间。

　（２）　选择性加热。

不同物料对微波吸收程度是不一样的。

一般来说，物料分子极性越强，越容易吸收微波。

水是分子极性非常强的物质，非常容易吸收微波而发热。

物料含水量越高，其吸收微波的能力越强；含水量降低，对微波的吸收也相应减少。

当干燥器内物料的含湿量有差异时，含水量较高的部分会吸收较多的微波，因此在腔体内起到一个能量自动平衡作用。

由于这些特点，使微波非常适合于干燥。

　（３）加热响应快，易于控制。

微波加热的时滞极短，加热与升温几乎是同时的。

　实践证明，微波干燥的速率是非常高的。

这主要来源于以下因素：一是微波加热时，由于外部水分的蒸发，外部温度会略低于内部温度，热量从内向外传递，水分的转移同样由内向外，传质与传热是同向的，极大地提高了干燥速率。

而传统干燥过程中，物料的温度梯度是外高内低，热量由外向内传递，水分自内向外转移，传质与传热逆向，干燥速率大大降低。

二是微波降低了水分子，尤其是结合水与物料分子间的亲合力，使水分子容易脱离物料分子而向外边散。

　将微波技术与真空技术结合起来，使干燥过程既具有高效率，又具有低温、隔绝氧气的特点，使得这一技术非常适合各种热敏性物质的干燥。

　３．２ 微波冷冻干燥　冷冻干燥是指冻结物料中的冰直接升华为水汽的工艺过程。

在干燥时，需要外部提供冰块升华所需的热量，升华的速率则取决于热源所能提供的能量的多寡。

微波可克服常规干燥热传导率低的缺点，从物料内部开始升温，并由于蒸发作用使冰块内层温度高于外层，对升华的排湿通道无阻碍作用。

微波还可有选择性地针对冰块加热，而已干燥部分却很少吸收微波能，从而干燥速率大大增加，干燥时间可比常规干燥缩短１／２以上。

此外，因为微波冷冻干燥物料速度快，物料内冰块迅速升华，因而物料呈多孔性结构，更易复水和压缩，而且微波冷冻干燥可更好地保留挥发性组分。

　相比较而言，微波冷冻干燥比其它冻干方式更适- 151 -于较厚的物料。

物料干燥前的内部温度并不重要，不必过分强调。

由于微波冷冻干燥技术生产的产品品质与常规冷冻干燥产品没有多大差别，但加工周期大大缩短，因而微波冷冻干燥在经济上较合算。

　３．３ 离心式流化床干燥　离心式流化床与普通流化床的区别，主要是其干燥室是旋转的。

因此，物料不在重力场中，而是在离心力场中。

这种干燥方法的生产能力可达２０ｔ／ｈ，比普通流化床干燥高出３０～４０倍；在产量一定时，干燥机的尺寸可以大大缩小，节省空间，从而节省投资费用。

　离心式流化床的应用比较广泛。

目前已在水果、蔬菜、米饭等食品的干燥方面取得较好效果。

德国Ｋｒａｕｓｓ－Ｍａｆｆｅｉ公司的干燥机已成功应用于塑料、洗涤剂、药品、食品及细粒结晶物料等产品干燥上。

对密度小、粒级细的物料，离心流化床尤为适合。

　３．４ 热球干燥　热球干燥中，被干燥物料从干燥室顶部通过螺旋输送器加入，输送器可以保证物料加入的速度，但是也有可能因为旁路而使部分物料直接进入干燥室。

热空气连续加入到干燥室，干燥室内的物料直接与热球相接触，这些热球是用陶瓷或其它传热性能好的材料做成。

　３．５ 超声波干燥　超声干燥液体原理：超声波在液体中传播时，使液体介质不断受到压缩和拉伸。

而液体耐压不耐拉，液体若受不住这种拉力，就会断裂而形成暂时的近似真空的空洞（尤其在含有杂质、汽泡的地方）：而到压缩阶段，这些空洞发生崩溃。

崩溃时，空洞内部最高瞬压可达几万个大气压，同时还将产生局部高温以及放电现象等，这就是空化作用。

超声引起的空化作用在液体表面形成超声喷雾，使液体蒸发表面积增加，可提高真空蒸发器的蒸发强度与效率。

这为食品工业中热敏性稀溶液物料的浓缩干燥提供了一条良好的途径。

　超声干燥与普通的加热和气流干燥相比，具有干燥速度快、温度低、最终含水率低且物料不会被损坏或吹走等优点，适合于食品、药品及生化制品的干燥。

Ｂｏｕｃｈｅｒ采用超声波干燥蔗糖，可很快干燥到１．２％含水率。

然后将蔗糖在超声下再处理１６ｍｉｎ，将去除所有水分。

无锡的石秀东还定量分析了液体的超声蒸发对超声声强与频率的要求。

在食品加工中，还会遇到粘稠物料的干燥问题，超声喷雾器的问世解决了传统的离心式喷雾头的粘料的堵塞问题。

它是利用超声变幅杆端面的强烈振动使液体从喷口处快速喷出。