第一章食品的干制保藏.ppt
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1、第一章 食品的干制保藏,概述 第一节 食品干藏原理 第二节 食品的干制过程 第三节 干制对食品品质的影响 第四节 食品的干制方法 第五节 干制品的包装和贮藏,本章重要的知识点,干制过程的湿热传递 常用的干燥方法 干燥对食品品质的影响,生存,概 述,干燥:是去湿操作的一种。指利用热量使湿物料中水分等湿分被汽化除去,从而获得固体产品的操作。 干燥保藏:指在自然条件或人工控制条件下,使食品中的水分降低到足以防止腐败变质的水平后并始终保持低水分进行长期贮藏的方法。,典型的干制食品,速溶粉,水果蔬菜,乳制品,茶叶,面条,粮谷类,糕点,肉类,休闲食品,干燥的目的,延长食品货架期 便于储运 改善食品加工的质
2、量、赋予产品特殊的风味,干燥食品的最终水分要求,第一节 食品干藏的原理,一、食品湿物料与干燥介质 (一)食品物料中水分存在的形式 1、结合水和游离水 游离水:是指组织细胞中容易结冰,也能溶解溶质的这部分水。 结合水(或被束缚水 ):不易结冰(40),不能作为溶剂 微生物生长繁殖只能利用游离水; 生化反应需要的是游离水; 一般脱水方法能除去的基本上是游离水。,(一)食品物料中水分存在的形式,2、按水分和物料间架的结合形式可将物料中的水分分为: (1) 化学结合水:化学结合水含量较少,一般为5%-10%。 (2)物理化学结合水:包括吸附结合水、结构结合水及渗透压结合水 (3)机械结合水:,(二)水
3、分活度与食品保藏,1.水分活度定义 食品中水的逸度与纯水的逸度之比称为水分活度AW 在食品加工中,定义为:食品在密闭容器内测得的蒸汽压(p)与同温下测得的纯水蒸汽压(p0)之比。 Aw = P/P0 其中 P:物料表面水分的蒸汽分压食品中水的蒸汽分压; P0:相同温度下纯水的饱和蒸汽压。 Aw在数值上等于食品所处环境的平衡相对湿度,复习,(二)水分活度与食品保藏,水分活度大小的影响因素 取决于水存在的量; 温度:Aw值随T的升高成正比例升高,且含水量越低,温度对Aw的影响越大。 水中溶质的浓度; 食品成分; 水与非水部分结合的强度。,2.水分活度与食品保藏性的关系 (1)水分活度与微生物的关系
4、 水分活度与微生物生长的关系 AW 水溶液浓度 渗透压细胞质壁分离;脱水 实验结果表明: 降低水分活度,可以抑制微生物的生长繁殖。 干制并不能将微生物全部杀死,只能抑制其活动,但保藏过程中微生物总数会稳步下降。,(二)水分活度与食品保藏,从食品的角度来看,大多数新鲜食品的水分活度在0.99以上,适合各种微生物生长。只有当水分活度降至0.75以下,食品的腐败变质才显著减慢;水分活度降到0.70以下,物料才能在室温下进行较长时间的贮存。,(二)水分活度与食品保藏,水分活度与微生物的耐热性 微生物的耐热性与其所处环境的水分活度有一定的关系。 一般情况下,降低水分活度将使微生物的耐热性增强。,(二)水
5、分活度与食品保藏,(2)水分活度与酶的关系 干燥初期,由于水分的减少,使酶和底物的浓度都有所提高,因而造成酶的作用强度也相应提高;进一步干燥,有由盐浓度、温度等因素的提高,会使酶的作用活性下降。 注意:只有当水分含量小于1%时才能完全钝化酶 通常水分活度在0.750.95的范围内酶活性达到最大。 实际生产中一般是以耐热酶过氧化物酶的残留活性为参考指标,控制酶钝化的程度 酶在湿热条件下易钝化。,0.2,0.4,0.6,0.8,Aw,呈倒S型,开始随水分活度增大上升迅速,到0.3左右后变得比较平缓,当水分活度上升到0.6以后,随水分活度的增大而迅速提高。,水分活度对酶活力的影响,(二)水分活度与食
6、品保藏,(3) 水分活度与其它变质因素的关系 水分活度与氧化作用的关系 水分活度在很高或很低时,脂肪都易发生氧化,水分活度在0.30.4之间时酸败变化最小。,(二)水分活度与食品保藏,水分活度对非酶褐变的影响 美拉德褐变的最大速度出现在水分活度为0.60.8之间。,0.2,0.4,0.6,0.8,Aw,水分活度与其他变质因素的关系,降低水分活度可以延缓 维生素的降解 淀粉的老化 蛋白质的变性 色素的分解 芳香物质的变化,(三)干燥介质(含湿气体)的特性,1、湿度(湿含量) (1)绝对湿度(H) 绝对湿度指单位质量绝干空气中所含的水蒸气的质量,表示为:,(三)干燥介质(含湿气体)的特性,(2)相
7、对湿度() 相对湿度是在一定的总压下,湿空气中水蒸气分压与同温度下纯水的饱和蒸汽压之比,表示为:,(三)干燥介质(含湿气体)的特性,2、温度 干球温度():用普通温度计测得的湿空气实际温度即为干球温度。 湿球温度(w):将湿球温度计置于一定温度和湿度的湿空气流中,达到平衡或稳定时的温度称为该空气的湿球温度。,二、食品物料与干燥介质之间的平衡关系,1、 物料的水分活度 (Aw = P/P0) 与空气相对湿度之间的关系(= Pw/Ps) p物p蒸 吸附作用 p物p蒸 解吸作用 p物p蒸 动力学平衡,鸡肉不同温度下的吸附与解吸等温线 吸附等温线 解吸等温线,2、平衡水分,平衡水分:由于物料表面的水蒸
8、气分压与介质的水蒸气分压的压差作用,使两相之间的水分不断进行传递,经过一段时间,物料表面的水蒸气分压与空气中的水蒸气分压达到一致,物料与空气之间的水分达到动态平衡,此时物料中所含的水分为该介质条件下物料的平衡水分。 意义:平衡水分表示物料能够被干燥的限度。 注意:平衡水分因物料种类的不同而有很大的差别,同一种物料的平衡水分也因介质条件的不同而变化。,第二节 食品的干燥机制,一、干制的基本过程,干制保藏的基本原理,通过降低水分活度,抑制微生物的生长发育; 控制酶活性;延缓生化反应速度,可使食品获得 良好的保藏效果。,干制的过程实质上是热量和水分的传递过程。,给湿过程,导湿过程,湿热传递过程,食品
9、表面,食品内部,1.给湿过程,给湿过程: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。 给湿过程中的水分蒸发强度,2、导湿过程,给湿过程的进行使得湿物料表面与内部产生水分梯度。在此水分梯度的作用下,水分将从高水分处向低水分处扩散,亦即从湿物料内部不断向表面迁移。这种水分迁移过程就称为导湿过程 由给湿过程和导湿过程构成了湿物料的干燥过程,qmd 水分的流通密度(m-2h-1) md 导湿系数 (m2h-1) 0 单位体积待干食品中绝 对干物质的重量(kgm-3) grad u 水分梯度( -1 m-1),导湿过程中的水分迁移量,导湿系数md反映食品中水分扩散的能力,与温度和含水量有关。,
10、导湿系数与物料水分的关系,m的变化比较复杂。当物料处于恒率干燥阶段时,排除的水分基本上为渗透水分,以液体状态转移,导湿系数稳定不变(DE段);再进一步排除毛细管水分时,水分部分以蒸汽状态或部分以液体状态转移,导湿系数下降(CD段);再进一步干燥时,水分基本上以蒸汽状态扩散转移,导湿系数K(m2/h),物料水分W绝(kg/kg绝干物质),A,C,D,E,导湿系数和物料水分的关系,导湿系数与温度的关系: 导湿系数与食品绝对温度的1014次方成正比 。,n 为自然数,n =1014 为t0温度下的导湿系数。,如果将导湿系数小的湿物料在干燥前预热,可 以明显提高导湿系数,加快干燥过程。,3. 导湿温性
11、,导湿温性:在对流干燥中,物料表面受热高于它的中心,因而在物料内部会建立一定的温度差,即温度梯度。温度梯度将促使水分(不论液态或气态)从高温处向低温处转移。这种现象称为导湿温性,也称雷科夫效应,导湿温性是在许多因素影响下产生的复杂现象 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: 温度夹持空气体积压力水分挤向低温处,qm :水分湿热传导的流量密度(m-2h-1); :热湿传导系数(kgkg-1-1);grad :温度梯度(m-1); m 导湿系数(m2h); 0 单位容积湿物料内绝对干物质重量 (kg干物质/
12、m2 ),水分迁移量,干制过程中,湿物料内部同时会有水分梯度和温度梯度存在,因此水分既可能在水分梯度的作用下迁移,也会在温度梯度的作用下扩散,食品的水分扩散总量等于两者水分扩散量之和。 i总=i湿+i温 i 物料内水分转移量,单位时间内单位面积上的水分转移量(kg干物质/ 米2小时),4.水分扩散总量,两者方向相反时: i总=i湿 i温 当i湿 i温 水分将按照物料水分减少方向转移,以导湿性为主,而导湿温性成为阻碍因素,水分扩散则受阻。 当i湿 i温 水分随热流方向转移,并向物料水分增加方向发展,而导湿性成为阻碍因素。 如:烤面包 的初期,二、干燥过程的特性,食品在常压下脱水经历三个阶段 预热
13、阶段 恒速干燥阶段 降速干燥阶段 描述干燥特性的曲线 干燥曲线 干燥速率曲线 温度曲线,(一)干燥曲线、温度曲线、干燥速率曲线,1、干燥曲线 干制过程中食品绝对水分和干制时间的关系曲线。 干燥时,食品水分在短暂的平衡后,出现快速下降,几乎呈直线下降,当达到较低水分含量时(第一临界水分),干燥速率减慢,随后逐渐达到平衡水分,表示食品干燥过程中任何时间内水分减少的快慢或速度大小的关系曲线。,干燥速率由零迅速增至最大值-预热阶段 干燥速率基本保持恒定不变-恒速干燥阶段 干燥速率迅速下降-降速干燥阶段,2、干燥速率曲线,3、食品温度曲线,表示干燥过程中食品温度与其含水量之间的关系的曲线。,预热阶段:
14、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,介质提供的能量主要用于水分蒸发。 降速干燥阶段: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,由导湿性和热湿传导解释干燥过程曲线特征,预热阶段,干燥速率上升,温度上升,水分略有下降,导湿性引起水分由内向外;,热湿传导相反,但随着内外温差的减小,其作用减弱,恒率干燥,阶段,干燥速率不变,温度不变,水分下降,导湿性引起水分由内向外;,热湿传导由于内外几乎没有温,差,因此不起作用。,降率干燥,阶段,干燥速率下降,表面温度上升,水分下降,变,慢,低,水分,含量,时,,,导湿性,减,小,;,热湿传导,减
15、小,;,(二)食品物料干燥过程分析,1、恒速阶段 此阶段干燥速率保持恒定,物料内部水分很快移向表面,物料表面始终为水气所饱和,干燥机理属表面汽化控制,干燥所去除的水分相当于物料的非结合水,因此此阶段物料水分的汽化如同纯水的蒸发,蒸发温度相当于热空气的湿球温度。,2、降速阶段,进入降速阶段,干燥速率随物料含水量的降低而逐渐下降,干燥机理已转为内部扩散控制,开始汽化物料的结合水。由于干燥速率降低,空气对物料对流传热的热流量已大于水汽化带回空气的热流量,因而物料的温度开始不断上升,物料表面温度比空气湿球温度越来越大。 造成降速的原因: 实际汽化表面减小 汽化表面的内移 平衡蒸汽压下降 物料内部水分的
16、扩散受阻,3、临界含水量,由恒速阶段到降速阶段的转折点,称为干燥过程的临界点。临界点是干燥由表面汽化控制到内部扩散控制的转变点,是物料去除非结合水的转折点。 物料干燥达临界点时物料含水量,称为临界含水量。临界含水量随物料的性质、厚度及干燥速率的不同而异。,三、影响干制的因素,干制过程就是水分的转移和热量的传递,即湿热传递,对这一过程的影响因素主要取决于干制条件(由干燥设备类型和操作状况决定)以及干燥物料的性质。,(一)干制条件的影响,1、 温度 对于空气作为干燥介质,提高空气温度,干燥加快. 由于温度提高,传热介质与食品间温差越大,热量向食品传递的速率越大,水分外逸速率因而加速. 对于一定相对
17、湿度的空气,随着温度提高,空气相对饱和湿度下降,这会使水分从食品表面扩散的动力更大. 温度高,水分扩散速率也加快,使内部干燥加速. 注意:若以空气作为干燥介质,温度并非主要因素.,2、 空气流速,空气流速加快,食品干燥速率也加速。 及时将聚集在食品表面附近的饱和湿空气带走,以免阻止食品内水分进一步蒸发; 同时还因和食品表面接触的空气量增加,而显著加速食品中水分的蒸发。,3、 空气相对湿度,脱水干制时,如果用空气作为干燥介质,空气相对湿度越低,食品干燥速率也越快。 脱水干制时,食品的水分能下降的程度也是由空气湿度所决定。食品的水分始终要和周围空气的湿度处于平衡状态。 干制时最有效的空气温度和相对
18、湿度可以从各种食品的吸湿等温线上寻找。,4、 大气压力和真空度,气压影响水的平衡,因而能够影响干燥。 气压下降,水沸点相应下降,气压愈低,沸点也愈低;温度不变,气压降低,则沸腾愈加速。 适合热敏物料的干燥 但是,若干制由内部水分转移控制 ,则真空干燥对干燥速率影响不大。,操作条件对于干燥速率的影响,(二) 食品性质的影响,1、 表面积 水分子从食品内部行走的距离决定了食品被干燥的快慢。 小颗粒,薄片 易干燥,快 2、 组分定向 水分在食品内的转移在不同方向上差别很大,这取决于食品组分的定向。,3、 细胞结构 细胞结构间的水分比细胞内的水更容易除去 4、 溶质的类型和浓度 溶质与水相互作用,抑制
19、水分子迁移,降低水分转移速率,干燥慢,四、合理选用干制工艺条件,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。,1.4.干制工艺条件的选择原则,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; 在恒速干燥阶段适当升高介质的温度,可提高干燥速率; 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; 降速干燥阶段应适当控制介质条件,降低表面干燥速率; 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。,干制工艺条件的选择原则,干制时间的计算
20、(自学),其中:uc 恒速干燥期末的含湿量; 形状系数;m 导湿系数; qm 给湿强度;R 食品厚度的一半;0单位容积绝对干物质的质量。,恒速干燥时间计算:,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.,片状食品干燥时间,圆柱状食品干燥时间,球状食品干燥时间,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 :片状食品的厚度 r:圆柱状食品的半径 R:球状食品的半径 Wc:临界含水量 We:平衡含水量 W:干燥结束时的含水量,降速干燥时间计算:,第三节 干制对食品品质的影响,一. 干制过程中食品的主要变化 (一)物理状态的变化 1、干缩与干
21、裂 食品在干燥时,因水分被除去而导致体积缩小,肌肉组织细胞的弹性部分或全部丧失的现象。,脱水干燥过程中胡萝卜丁形态的变化,(一)物理状态的变化,2、表面硬化:是指干制品外表干燥而内部仍然软湿的现象。 造成表面硬化的原因: 食品干燥过程中,物料内部的溶质随水分向物料表面的不断移动,即在表面积累产生结晶硬化现象。 干燥初期,食品物料与介质间温度和湿度差过大,致使物料表面温度急骤升高,水分蒸发过于强烈,而使物料表面迅速达到绝干状态,形成一层干燥的薄膜,造成物料表面的硬化。 防止方法: 调节干燥初期水分的外逸速度,保持水分蒸发的畅通性,一般是在干燥初期采用高温、含湿较大的介质进行脱水,使物料表层附近的
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