第五章食品的干制保藏技术

§ 1.3. 干制时间的计算
v 恒速干燥时间计算:
c
W1 Wc N
• 其中W1：食品的初始含水率； Wc：恒速干燥结束时的含 水率；N：干燥速率.
N10 (qm 0/R )0
W C 1u 0 c 1 0q 0 m R / 0m0
其中：uc 恒速干燥期末的含湿量；ψ 形状系数；αm 导湿系数； qm 给湿强度；R 食品厚度的一半；ρ0单位容积绝对干物质的质量。
第五章
食品的干制保藏技术
本章重要的知识点
v 干制过程的湿热传递 v 常用的干燥方法 v 干燥对食品品质的影响 v 干燥食品的复水性
5.食品的干制保藏技术
概述
v 食品干制保藏的概念
§将食品的水分活度降低到一定程度，并维 持其低水分状态长期贮藏的方法。
5.食品的干制保藏技术
典型的干制食品
休闲食品
肉类 糕点
温度↑→夹持空气体积↑→压力↑→水分挤向低温处
v 水分迁移量
qm m d0gra d
qmθ :水分湿热传导的流量密度（㎏·m-2·h-1)
δ ：热湿传导系数（kg·kg-1·℃-1)
gradθ ：温度梯度(℃·m-1)
5.食品的干制保藏技术
§1.2.2.2.导湿过程
vB点是毛细管水和吸附水的分界点。
c食[c干(100W)c水 W]/100 c食c干(c水c干)W/10含0水量↓ → c↓
v 食品的导热系数λ当 ／kJ·m-1·h-1·℃-1
当 水 ＋ 固 混 对 辐
含水量↓ → λ↓； 温度↑ → λ↑
v 食品的导温系数a／m2·h-1
a c
c干 干物质的比热(一般取1.046kJ·kg-1·K-1)； c水 水的比热(4.19kJ·kg-1·K-1) ； W 食品的含水率/%； ρ 食品的密度/kg·m-3。
5.食品的干制保藏技术
§1.2.2.湿物料的湿热传递过程
脱水的过程实质上是热量和水分的传递过程。
在蒸汽压差的作用下表面水分扩散到空气中
内部水分转移到表面
湿度梯度
温度梯度
热量由表面向内部传递
5.食品的干制保藏技术
§1.2.2.湿物料的湿热传递过程
湿 热
食品表面
给湿过程
传
递
过
程
食品内部
导湿过程
5.食品的干制保藏技术
废气
5.食品的干制保藏技术
气流干燥
1.鼓风机 2.加热器 3.空气分配器 4.搅拌机 5.螺旋加料器 6.干燥器 7.分级器 8.旋风分离器 9.星型卸料器 10除尘器 11.引风机
5.食品的干制保藏技术
流化床干燥
v 流化床干燥器示意图
1-加料斗；2-风机；3-输料器；4-热风进口；5-干燥室；6-排气口；7-旋风分离器；
向表面的扩散转移。
qmdmd0graud
§导湿温性：在温度梯度的推动下，水分从高温处向低温处
移动。
qmmd0grad
§脱水过程中，食品中水分扩散总量等于两者水分扩散量
总和。
qmqmdqm
5.食品的干制保藏技术
§1.2.3食品干燥过程特性
v 食品在常压下脱水经历三个阶段
§预热阶段 §恒速干燥阶段 §降速干燥阶段
5.食品的干制保藏技术
§ 1.3. 干制时间的计算
v 降速干燥时间计算:
f
G Wc dW
AW Nf
§片状食品干燥时间
其中：
G ：待干食品的重量 A：待干食品的蒸发面积 Nf：降速干燥速度
f
( 0 .084 2/8 m )ln W W c ( W W e e)
δ：片状食品的厚度 r：圆柱状食品的半径
§当qmd>qmθ，以导湿性为主，导湿温性成为阻碍因素。 §当qmd<qmθ，水分随热流方向转移，导湿性成为阻碍因素。
5.食品的干制保藏技术
小结
食品干制过程的湿热传递情况
v 给湿过程
§在蒸汽压差的推动下，水分从物料表面向周围空气的蒸发
转移。
v 导湿过程
qm m(p饱p空蒸 ） 7p60
§导湿性：在水分梯度的推动下，水分以液体或蒸汽的形式
v 干制的工艺要求
§将物料中的水分降低到满足贮藏要求的水平； §最大限度地保持食品的营养素； §使干制品具有良好的复水性； §尽可能地杀灭细菌及其芽孢，钝化酶的活力； §对工艺和设备要求节能，经济实用。
5.食品的干制保藏技术
1.4.干制工艺条件的选择原则
v 控制介质条件，使食品内部水分扩散速度≥食品表 面水分蒸发速度；
Ⅰ－毛细管夹持空气作用 Ⅱ－毛细管势能作用 AB－水蒸汽分子热扩散作用
热湿传导系数与含水量的关系
5.食品的干制保藏技术
§1.2.2.2.导湿过程
v 综上所述
§干燥过程中，在食品内部可能同时存在导湿现象和热 湿传导现象。
§食品中水分扩散总量等于两者水分扩散量总和：
qmqmdqm
md 0(gra u dgra )d
对干物质的重量(kg·m-3)
grad u — 水分梯度（㎏·㎏-1·m-1)
v 导湿系数αmd反映食品中水分扩散的能力，与温
度和含水量有关。
5.食品的干制保藏技术
§1.2.2.2.导湿过程
导湿系数与含水量的关系
A
水分扩散系数与含水量之间的关系 1—液态毛细管水 2—渗透吸附水 3—蒸汽态毛细管水
§食品中的水蒸气与空气中的水蒸气处于平衡状态 。
5.食品的干制保藏技术
§ 1.食品干制过程中的湿热传递
v 问题一：
§食品干制过程热量与质量的传递情况。
v 问题二：
§哪些是影响食品湿热传递的因素？
v 问题三：
§如何选择食品干制的工艺条件？
5.食品的干制保藏技术
§1.1.食品的热物理性质
v 食品的比热 c食／ kJ·kg-1·K-1
5.食品的干制保藏技术
§1.2.2.2.导湿过程
v 导湿系数与温度的关系：
§导湿系数与食品绝对温度的10～14次方成正比 。
m
d
0 m
d(27T3t0)n
n 为自然数，n =10~14
0 md
为t0温度下的导湿系数。
5.食品的干制保藏技术
§1.2.2.2.导湿过程
v 雷科夫效应
§水分子的热扩散：温度↑ → 蒸汽压↑→蒸汽分子流向低温处 §毛细管传导：温度↑→毛细管势能↑→水分流向低温处 §水分在毛细管内夹持空气的作用下发生迁移：
v 描述干燥特性的曲线
§水分变化曲线 §干燥速率曲线 §品温变化曲线
5.食品的干制保藏技术
§1.2.3食品干燥过程特性
v 含水率变化曲线
§干基含水量随时间的延长而逐渐下降。 §预热阶段
• 含水量缓慢减少 §恒速干燥阶段
• 含水量呈直线下降 §降速干燥阶段
• 含水量下降趋于缓慢， 直至物料平衡水分。
含水量 10～14％ 2～3％ 5～10％ 14～24％ 4％以下
5.食品的干制保藏技术
复习
v 水分活度与微生物
§AW↓ → 水溶液浓度↑ → 渗透压↑→细胞质壁分离；
v 水分活度与酶的活性
§AW↓ → 底物难以移动到酶的活动中心 → 酶活性↓
v 水分活度与其他变质因素
§AW↓ → 游离水↓ → 化学反应速度↓
v 特点
§形成多孔性结构，含水量极低，干燥速率快，产品品质好；
§存在添加剂残留，对泡沫的均匀性和持续性要求高。
5.食品的干制保藏技术
§ 3.2.接触式干燥法
滚筒干燥 §把附在转动的加热滚筒表面的液体物料以热传 导方式进行水分蒸发的连续化干燥过程。
v 特点 §物料与热表面无介质 §热量传递与水分传递方向一致 §干燥不均匀、不易控制、制品品质不高
乳制品
速溶粉
面条
茶叶
粮谷类
水果蔬菜
5.食品的干制保藏技术
概述
v 目的
根据脱水的目的选择 不同的方法和介质。
§减少水分，增加耐藏性
§改善食品加工的质量
§赋予产品特殊的风味
v 控制参数
§脱水速率、脱水食品的最终含水率及产品的品 质。
5.食品的干制保藏技术
干燥食品的最终水分要求
脱水食品 水分活度 干燥粮谷类 0.6～0.80 干乳制品 0.2左右 脱水蔬菜类 0.10～0.35 脱水水果类 0.65～0.60 烘炒制品 0. 6以下
5.食品的干制保藏技术
干制保藏的基本原理
v 干制的基本过程
§热量传递给食品→组织内水分向外转移。 §同时存在热量传递和质量传递过程。
5.食品的干制保藏技术
§ 1.食品干制过程中的湿热传递
v 食品中水溶液形成的水蒸气与空气中的水蒸气都
具有一定的化学势，其差值 ：
＝ R （T Slp n S T H lp n H )
TS 、TH分别是食品与环境空气的温度； pS、pH分别表示食品与环境空气的水蒸气压；
R是气体常数。
5.食品的干制保藏技术
§ 1.食品干制过程中的湿热传递
v 当Δμ＞0时
脱水过程
§食品中的水蒸气向外界转移是自动过程 ；
v 当Δμ＜0 时
§空气中的水蒸气向食品中转移是自动过程 ；
v 当Δμ＝0时
吸水过程
§脱水过程中物料温度随时间变化的规律。
§预热阶段
• 物料温度迅速上升至湿球温度（液体蒸发温度）
§恒速干燥阶段
• 食品表面温度基本保持恒定不变，介质提供的能量 D
温度（℃)
主要用于水分蒸发。 §降速干燥阶段
A
BC
• 品温缓慢上升，
到达C点后温度迅速上升直至
与介质干球温度相等。
5.食品的干制干保燥藏时技间术（h)
5.食品的干制保藏技术
§1.2.湿物料在脱水过程中的湿热传递
§1.2.1影响湿热传递的因素
v 食品的表面积
表面积↑，传递速率↑
v 干燥介质的温度
温度↑，传递速率↑
v 空气流速
流速↑，传递速率↑
v 空气相对湿度
相对湿度↓，传递速率↑
v 真空度
真空度↑，传递速率↑
v 食品组成与结构
由比热、导热系数、导温系数反映。
8-旋转阀；9-热风分布板；10-热风分配室；11-多孔挡板
5.食品的干制保藏技术
乳粉流化床干燥
乳粉流化床干燥装置
5.食品的干制保藏技术
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泡沫层干燥
发泡剂
热浓缩液 冷却器
气体
搅打机
湿空气
干燥器
粉碎机
v 工艺要求
热风
粉末干制品
§须先行浓缩
§需加入发泡稳定剂
§控制参数：空气温度、相对湿度、空气流速（两段式干燥法）
5.食品的干制保藏技术
§1.2.3食品干燥过程特性
v 干燥速率变化曲线
§单位时间内干基含水量随时间变化的规律
§预热阶段
• 干燥速率由零迅速增至最大值
§恒速干燥阶段
• 干燥速率基本保持恒定不变
A
§降速干燥阶段
• 干燥速率迅速下降
B
CD 5.食品的干制保藏技术
§1.2.3食品干燥过程特性
v 温度变化曲线
5.食品的干制保藏技术
多层输送带式
5.食品的干制保藏技术
多层输送带式
5.食品的干制保藏技术
双阶段连续输送带式干燥设备
5.食品的干制保藏技术
喷雾干燥
旋转式 雾化器
并流双流体 雾化器
喷泉式双流体 雾化器
5.食品的干制保藏技术
喷雾干燥原理示意图
1.空气过滤器 2.加热器 3.热风分配器 4.干燥室 5.过滤器 6.泵 7.离心喷头 8.旋风分离器 9.风机 10.料液槽
圆柱状食品干燥时间
R：球状食品的半径
f ( 0.63 r27 / m )lnW W (c W W e e)
球状食品干燥时间
Wc：临界含水量 We：平衡含水量 W：干燥结束时的含水量
f ( 0 .05R 0 2/6 m )ln W W c ( W W e e)
5.食品的干制保藏技术
1.4.干制工艺条件的选择原则
p — 大气压(kPa)
m 0.022 90.017v4
v:介质流速
5.食品的干制保藏技术
§1.2.2.2.导湿过程
v 在水分梯度作用下，水分由内层向表层扩散的过 程属于导湿过程。
v 导湿过程中的水分迁移量
qmd — 水分的流通密度（㎏·m·-2·h-1)
q graud md
md0
αmd — 导湿系数 （m·2·h-1) ρ0 — 单位体积待干食品中绝
5.食品的干制保藏技术
§ 3.1. 常压对流干燥法
v概念
通过空气的自然对流或强制循环，使物料中的水分经内 部扩散和表面蒸发而脱除。
v种类
固定接触式
• 箱式、隧道式、输送带式、泡沫干燥；
悬浮接触式
• 气流干燥、流化床干燥、喷雾干燥、膨化干燥
v特点
• 通过介质传递热量和水分； • 温度梯度和水分梯度方向相反； • 适用范围广，设备简单易操作，能耗高。
v 在恒速干燥阶段适当升高介质的温度，可提高干燥 速率；
v 力求避免在食品内部形成与湿度梯度方向相反的温 度梯度；
v 降速干燥阶段应适当控制介质条件，降低表面干燥 速率；
v 脱水末期干燥介质的湿度应根据预期的最终含水量
加以选用。
5.食品的干制保藏技术
§ 2.食品常用的干制方法
常压对流干燥法 接触式干燥法 辐射干燥法 减压干燥法
§1.2.2.1.给湿过程
v 湿物料中的水分从表面向加热介质扩散的过程称作 给湿过程。
v 给湿过程中的水分蒸发强度
qm
m(p饱p空蒸 ） 7p60qαpm饱m ———
给湿强度（㎏·m·-2·h-1) 给湿系数（㎏·m·-2·h-1·kPa-1) 湿球温度对应的饱和蒸汽压
（道尔顿公式）
p空蒸 — 热空气的水蒸汽压(kPa)