第一章 食品的干燥技术

2.干基含水量
m 干基湿含量 以不变的干物质为基准，指湿物料 中水分与干物质质量的百分比。即：
c
m w' 100% mc
w’――干基湿含量，％；
mc――湿物料中干物质的质量，kg。 Nhomakorabeaw
w' 1 w'
或
w'
w 1 w
1.1.4 水分活度
是指物料表面水分的蒸气压与相同温度下纯
水的饱和蒸气压之比。即：
增加干燥速率。
⑥ 介质与物料的接触状况，主要指介质的流动方向。流动方向垂直与物 料表面时，干燥速率最快。
对真空干燥，除湿物料的性质、形状、温度、湿度影 响干燥速率外，影响传热的因素也影响干燥速率，主要有 几个方面： ① 物料与加料板或辐射源的靠紧程度，料盘的形状和材
料等。
② 加热蒸汽压强和辐射体的温度、功率。 ③ 设备密封性和真空泵的性能。
干燥介质（热空气）与湿物料相接触，进行能量和
物质传递，热空气温度下降，湿度增加，湿物料温度逐
渐升高，水分从里向外传递并不断蒸发，从而达到干燥 的目的。
一、干燥特征曲线
干燥曲线是干燥过程特征的最直观反映，在研究食
品物料干燥过程中也最为常用，一般由干燥曲线、干燥
速率曲线和干燥温度曲线组成。
① 干燥曲线 是指物料湿度随时间的变化曲线。
在食品工业中，物料的降速干燥最为常见。如新鲜水果、蔬 菜、畜肉、鱼肉等加工制品以及果胶、明胶、酪蛋白等胶体物质 的干燥均以降速阶段为主。有时甚至无恒速段，此时干燥操作的 强化须从改善内部扩散着眼。
三、临界含水量
扩散控制的转折点。临界点处物料的含水量称为临界含水量或临界湿 含量。其因物料的性质、厚度和干燥速率的不同而异。同一物料，如干 燥速率增加，则临界含水量增大；在一定的干燥速率下，物料愈厚，则 临界含水量愈高。
1.1.5 水分活度与食品的保藏性
食品的腐败变质通常是由微生物作用和生化反应所造
成的，任何微生物进行正常的生长繁殖以及多数生化反 应都需要以水作为溶剂或介质。但它们所能利用的水分 主要是物料中的非结合水分，也称之为有效水分，只有 有效水分才能被微生物、酶和化学反应所触及。
当水分活度降至0.75以下，食品的腐败变质才显 著减慢；水分活度降至0.70以下，物料能在室温下 进行较长时间的贮存；而当水分含量降低1％以下时 可以完全抑制酶的活性。
§1.2 食品的冷冻干燥技术
定义：
冷冻干燥是将物料预冷至-30～40℃，使物料中的大部分水冻结 成冰，然后提供低温热源，在真 空状态下，使冰直接升华为水蒸 气而使物料脱水的过程。因此， 冷冻干燥又称真空冷冻干燥、冷 冻升华干燥。
1.2.1 冷冻干燥的特点
①食品干燥是在低温(-40～-60℃)下进行,且处于高真空状态，特别适用于热敏性高 和极易氧化食品的干燥,可以保留新鲜食品原有的色、香、味及营养成份。 ②冻干制品不失原有的固体骨架结构,保持物料原有的形态,同时干制品可以加工 成极细的粉状物料,用于制作保健品、调味品和速溶品等。 ③在升华干燥过程中,固态冰晶升华成水蒸汽后在食品物料中留下空隙，故冷冻干 燥食品具有干燥的海绵状多孔性结构，食品因此具有理想的速溶性和快速而近乎完 全的复水性。 ④由于在升华干燥过程中,食品中的可溶性物质在原位置就地析出，这就避免了一 般干燥方法中由于物料内部水分向其表面毛细流动迁移而将可溶性物质和营养物质 携带至物料表面所造成的营养损失和物料表面硬化等不良现象。新鲜蔬菜、水果经 脱水后，由于香味、糖分被浓缩，吃起来比原来更香甜可口。鲜肉脱水后的味道比 原来更鲜美，且复水性好。 ⑤冻干食品采用真空或充氮包装和避光贮藏，可保持5年不变质，与速冻食品相 比，免除了运输、储存和销售过程中耗费很高的冷藏链。 ⑥冷冻干燥食品的脱水彻底，重量轻，尤其适合于长途运输以及野外作业，如军 事、航空、航天、勘探等特殊环境下的食品供给。在快餐以及其他即时食品业中也 有广泛应用。
1.1.8 干燥过程中的食品物料的主要变化
物料干缩
一、物理变化
表面硬化 内部多孔性
二、化学变化
蛋白质、脂肪、维生素、色素等的变化。
1.1.9 干燥方法
按干燥方式：间歇式和连续式； 按操作压力：常压干燥和真空干燥； 工作原理：对流干燥、传导干燥、辐射干燥； 对流干燥应用最多：自然干燥、喷雾干燥、 流化床干燥等 对辐射干燥包括：微波干燥、红外线干燥等。
残存的是那些结合力很强，难以用干燥的方法除
去的少量物理化学结合水和化学结合水。
1.1.3 食品物料湿含量的表示方法
1.湿基含水量 是以湿物料为基准，水分占总质量的百分比，即：
m w 100% 式中 m0
w ――湿基湿含量 （％）； m ――水的质量 （kg）； m0――湿物料的总质量（kg）。
② 传导干燥 靠间壁的导热将热量传给物料，热源可以
是水蒸气、热水、热空气等。在常压下操作时，物体与气
体间虽有热交换，但气体主要起载湿体的作用。接触干燥
也可在真空下进行。
③ 辐射干燥 利用红外线、微波等作为热源，将热量传
给物料，此方法与接触干燥的不同仅在于热源的不同。
1.1.2 食品物料中水分的存在形式
有差异。一般将干燥过程明显的分为两个阶段，即恒速 阶段与降速阶段。
1. 恒速干燥阶段
由于是恒定干燥，空气状态不变，只要表面有足够的水分，则表 面汽化速率不变，因此，恒速干燥阶段实际上是表面汽化控制的干燥 阶段。在此阶段中，物料表面为水分所饱和，空气传给物料的热量等 于水分汽化所需的潜热。对流干燥时物料表面温度等于空气的湿球温 度，真空干燥时物料表面温度接近于操作真空度下水的沸腾温度。
机械结合水
是食品湿物料内的毛细管中保留和吸着的水分以 及物料外表面附着的湿润水分。这些水分依靠表面附 着力、毛细管力和水分黏着力而存在于湿物料中，这 些水分的饱和蒸汽压与纯水的饱和蒸汽压几乎没有区 别，在干燥过程中既能以液体形式又能以蒸汽的形式
移动。
食品湿物料在干燥过程中，所除去的水分主 要是机械结合水和部分物理化学结合水。在干燥 过程中，首先除去的是结合力最弱的机械结合水， 然后是部分结合力较弱的物理化学结合水，最后 才是结合力较强的物理化学结合水。在干制品中
三、湿空气的焓 湿空气的焓为干空气的焓和相应水汽的焓之和，也 常用干空气为计算基准。一般规定0℃时干空气和液态水 的焓值为零。
四、露点
将湿空气在总压和湿度保持不变的情况下冷却，当 湿空气达到饱和时的温度即为露点。若是空气的温度降 到露点以下，则所含超过饱和部分的水蒸气将以液态形 式凝结出来。
1.1.7 干燥机理
1.1.1 食品湿物料去湿的方式
——机械去湿 如过滤、离心分离等；
——物理化学去湿
——热能去湿
如石灰、无水CaCl2吸附去湿；
即狭隘定义上的干燥。
提供热能的方式
① 对流干燥（热风干燥） 以热空气为热源，即对流
传热将热量传给物料，同时又将汽化水分带走。热空气既 是载体，又是载湿体。热风干燥一般多在常压下进行。
按水分水分除去的难易可分为：
结合水 （区别是水分活度） 非结合水 按水分与物料间架的结合形式可以将物料中的结合水分为： 化学结合水 物理化学结合水 （包括吸附水、渗透水和结构水） 机械结合水
化学结合水
经过化学反应后，按严格的数量比例，牢固地同固体
间架结合的水分，只有在化学作用或特别强烈的热处理
（如煅烧）才能除去，除去它的同时会造成物料物理性质 和化学性质的变化，即品质的变化。化学结合水在物料中
微生物与水分活度的关系
Aw < 0.94 < 0.85
微生物生长状况 大多数细菌不能生长繁殖 大多数酵母不能生长繁殖
Aw < 0.74 < 0.62
微生物生长状况 大多数霉菌不能生长繁殖 几乎没有能够生长繁殖的微生物
目前的干燥方法通常采用的干燥温度不是很高， 即使是高温干燥，因脱水时间极短，微生物只是随着 干燥过程中水分活度的降低慢慢进入休眠状态。因此 食品干燥过程不能代替食品必要的灭菌处理，应该在 干制工艺中采取相应的灭菌措施以保证干制品安全卫 生并延长货价寿命。也同样不能用干燥来代替对酶的 灭活和钝化。
的含量较少。如晶体中的结晶水，这种水分不能用干燥方
法除去，化学结合水的解离除去不应视为干燥。
物理化学结合水包括吸附水分、渗透水分和结构水分， 其中以吸附水分与物料的结合最强 吸附结合水是指在物料微粒内、外表面上因分子吸引 力而被吸着的水分。胶体食品物料中的胶体颗粒与其他胶 体相比，具有同样的微粒分散度大的特点，使胶体体系中 产生巨大的内表面积，从而有极大地表面自由能，靠这种 表面自由能产生了水分的吸附结合。 结构结合水是指当胶体溶液凝固成凝胶时，保持在凝 胶体内部的一种水分，它受到结构的束缚，表现出来的蒸 汽压很低。果冻、肉冻凝即属此例。 渗透压结合水是指在溶液和胶体溶液中，被溶质所束 缚的水分。这一作用使溶液表面的蒸汽压降低，且溶液的 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。
1.1.6 干燥介质（热空气）
一、湿度 空气中的水分含量也用湿度来表示,两种表示方法，即 绝对湿度和相对湿度。 1.绝对湿度 指单位质量绝干空气中所含有的水蒸气的量。 2.相对湿度 指在一定的总压下，湿空气中水蒸气分压与同 温 度下纯水的饱和蒸汽压之比。 二、温度 湿空气的温度可用干球温度和湿球温度表示。用普通温 度计测得的湿空气实际温度即为干球温度。若用湿纱布包扎 温度计的感温部分，纱布下端浸在水中，以维持其处在湿润 状态，就成为湿球温度计。将湿球温度计置于湿空气中，经 过一段时间达到稳定后，其度数称为湿球温度。
② 干燥速率曲线 单位时间内，单位干燥面积上汽化的水 分 质量(干燥速率)，将干燥速率与干燥时间作图即可得到干燥 速率曲线。 ③ 干燥温度曲线 是指干燥过程中食品物料温度与干燥时间
的关系曲线。