第二章 食品的干燥技术

三.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：
w m 100% 式中 m0
2.干基含水量
w ――湿基湿含量 （％）； m ――水的质量 （kg）； m0――湿物料的总质量（kg）。
干基湿含mc 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：
六.干燥介质（热空气）
1.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。
2.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。
不同性质物料的临界含水量范围
物料特征
示例
粗核无孔物料50＞目 晶体粒状，孔隙较少，粒度为50～325目 晶体，粒状，孔隙较少 粗纤维细粉和无定性、胶体状 细纤维，无定性和均匀状态的压紧物料、有机物的无机盐 胶体和凝胶状态，有机物和无机盐
石英 食盐 谷氨酸结晶 醋酸纤维 淀粉、硬脂酸钙 动物胶、硬脂酸钙
供热太快，受热不均匀或预冻不完全，则会在升 华过程中，使产品部分液化，在减压条件下产生 喷瓶现象，使制品表面不平整
保持恒定升华温度
速冻过程要快，越快，生成的冰晶越小， 对物品结构影响越小
三、冷冻干燥装置
一、冷冻干燥装置的系统组成
制冷系统
1.冷冻干燥室：冷冻干燥室有卧式圆
柱形、箱形等类型
2.真空系统：由冷冻干燥室、低温冷 原料
冻结系统
凝器、真空阀门和管道、真空泵和 真空仪表等构成冷冻干燥设备的真
真
空系统，系统要求密封性能好。 3.制冷系统：制冷系统由冷冻机组、
加热系统
冷冻干 燥室
空 系
冷冻干燥室和低温冷凝器内部的管
统
道组成 。 4.加热系统
干制品 加热系统
5.控制系统控制系统：由各种开关、 安全装置、自动监测传感器和仪表 组成。
五、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。
② 冷冻干燥的传热
传导和辐射是冷冻干燥所 采用的主要传热方式。 一(a)为传热和传质沿同一途 径，但方向相反； 二(b)为传热经过冻结层，而 传质经过已干层； 三(c)为热量从冰的内部发生， 而传质经过已干层。
物料内部的传热和传质示意图
③冷冻干燥应注意的问题
冻结温度应在三相点以下
升华干燥过程中，保持足够的真空度
冷冻干燥包括两个过程 ① 物料冻结； ② 冰晶升华。
1、水的相平衡关系
① 气、液、固三态 ② 点、线关系 ③ 三相点：610.5Pa，0.0098℃
温度/℃
温度℃
水的相平衡示意图
2、冻结冷冻
冷冻干燥产品的质量以及干燥持续的时间与冻结过程密切相 关，冻结速率和最终温度是取得良好结果的决定性参数。
冻结速率即单位时间的温度降。冻结速率很大程度上影响冻 结物品的颜色、坚固性、香味和结构。冻结速率小，形成少量 的晶核，但成长为大的晶体。大晶体有利于在较短时间内完成 升华过程，但是大晶体会损坏物料的细胞结构。大的冻结速率 可形成很多晶核并生长为小的冰晶，则可很好地保持原来的结 构形状，以及原有的色香味和生物活性等。
物料中自由水的蒸气压与同温度纯水的蒸气压接近，所以它的活度接近 于1。对于理想的结合力为无限大的水分，其蒸气压可假设为0，所以其水分 活度也趋近于0。实际上食品物料中水与固相的结合力不同，它们的水分活
度在0～1之间。温度不变，Aw增大表示了物料中水分汽化能力的增大，水分
透过细胞膜的渗透能力增大，水分在物料内部扩散速率增大。物料湿含量与 水分活度之间的关系不仅与温度有关，而且与食品物料的种类有关。
w ' m 100% mc
w’――干基湿含量，％；
mc――湿物料中干物质的质量，kg。
或 w w ' 1 w'
w' w 1 w
四、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：
Aw=PV/PS
式中
Aw --水分活度; Pv --物料表面水分的蒸气压，Pa; Ps --同温度下纯水的饱和蒸气压，Pa.
一、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，因此，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。
第二章 食品的干燥技术
概述 食品的冷冻干燥技术 食品的喷雾干燥技术
§2.1 概 述
食品的干燥过程涉及复杂的化学、物理和生物学的变化， 对产品品质和卫生标准要求很高，有些干燥制品还要求具有 良好的复水性。因此要根据物料的性质（粘附性、分散性、 热敏性等）和生产工艺要求，并考虑投资费用、操作费用等 经济因素，正确合理的选用不同的干燥方法和相应的干燥装 置。
2.化学变化
蛋白质、脂肪、维生素、色素等的变化。
九.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。
§2.2 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。
也越来越低，即只有达到最低共熔点温
度，才能全部结冰。如NaCl、CaCl2的最 低共熔点温度为-20 ℃和-54.9 ℃。事实上，
食品物料还要残留一部分的水分，同时
盐
为了节约冷量，降低生产成本，冷冻温
度并非达到最低共熔温度。
温 度 ℃
最低共熔点
水
3.食品冷冻干燥过程的传质和传热
①冷冻干燥的传质
物体冷冻干燥时在整个升华过程中总是存在着一定的升华表面， 把物料固相内部分成两个区域：即已干层和冻结层。实际上，上述两 层之间不会存在明显的界限，界面内外的水分含量有一个逐渐过渡的 区域，称为过渡区。
四、冷冻干燥在食品工业中的应用
1.咖啡 2.水果（草莓、香蕉等） 3.蔬菜（胡萝卜、菠菜、葱、姜、蘑菇等）
§2.3 食品的喷雾干燥技术
定义：喷雾干燥是以单一工序将溶液、乳浊液、悬
浮液或浆状物料加工成粉状干制品的一种干燥方法。 它将液体通过雾化器的作用，喷成极细的雾状液滴， 并依靠干燥介质（热空气，烟道气或惰性气体）与 雾滴的均匀混合，并进行能量交换和物质交换，使 水分（或溶剂）汽化的过程。
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
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 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。
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。
控制系统
冷冻干燥设备
冷冻干燥装置的型式
（一）间歇式冷冻干燥装置
1－冷凝器； 2-膨胀阀； 3-干燥室； 4-水气冷凝进口阀； 5-冷阱； 6-膨胀阀； 7-冷凝器； 8-制冷压缩机； 9-热交换器； 10-真空泵； 11-制冷压缩机
（二）多箱间歇式和隧道式冷冻干燥装置 （三）连续式冷冻干燥装置
疫苗生产的冷冻干燥过程
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。
二.食品物料中水分的存在形式
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。
3、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。