食品工程原理

食品工程原理食品冷冻技术了解食品冷冻冷藏对食品保鲜作用的基本原理。过程：食品中的自由水形成冰晶体特点：食品的冰点低于水的冰点（见附录表15P.685）食品的物理性质变化：密度降低，内压升高，比热容降低，热导率升高见图6-47（1）（2）P.354冻结速度对食品结构的影响：冻结过程进行得越慢，细胞间隙里的水分就会形成冰晶聚集，冰晶颗粒越大，水分重新分布越显著，越容易破坏食品的细胞组织；反之，快速冻结使细胞内的水分大多数在原地冻结，冰晶体分布均匀且颗粒较小，可以在食品解冻时最大程度地保持食品原有的组织状态。颗粒与流涕之间的相对运动了解离心沉降的基本原理。1沉降：分散相在连续相中运动。定义：利用分散相与连续相之间的密度差，使分散相相对于连续相运动而实现分离的操作。如果沉降在重力场中进行，就称为重力沉降。例如，将一桶含有泥砂的河水静置一段时间，水中的泥砂沉到桶底，就得到了比较清洁的水。这个过程就是重力沉降过程，作用原理就是泥砂的密度大于水。2过滤：连续相相对于分散相运动。3离心分离：依靠分离设备的旋转，使物系处于离心场下从而使悬浮液分离的操作。了解液体过滤的基本原理。乳化了解食品乳化操作基本原理；HLB概念及其在选择乳化剂时的参照意义。粉碎与筛分了解各种粉碎方法与原理。了解食品工业上的应用。吸附了解基本概念；吸附过程和吸附理论。了解吸附技术在食品工业中的应用。浸出和萃取了解浸出和萃取理论的基本概念以及操作原理、了解浸出和萃取在食品工业中的应用。液体浓缩了解液体浓缩的基本方法及原理。了解各种蒸发设备的结构、特点及其适用范围。了解浓缩过程在食品工业中的应用。食品干燥了解临界水含量的概念；平衡水分与自由水分、结合水分与非结合水分的概念。平衡水分和自由水分当一定状态的空气和湿物料接触，达到平衡时的水分就称为平衡水分，即湿物料中水分的活度pw/ps与湿空气的相对湿度j相等时物料的含水量。当物料和湿空气接触后，一旦达到平衡，即物料中的水分达到平衡水分，如果湿空气的状态不变，干燥就停止了。在此之前，物料水分大于平衡水分的那部分水分就称为自由水分。自由水分可以用干燥的方法去除。物料中的水分与一定温度t、相对湿度φ的不饱和湿空气达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件(t、φ)下物料的平衡水分。在干燥过程中能除去的水分只是物料中超出平衡水分的那一部分，称为自由水分。平衡水分随物料的种类及空气的状态(t，φ)不同而异。平衡水分代表物料在一定空气状况下可以干燥的限度。结合水分与非结合水分按照物料中水分与物料的结合方式不同，物料中的水分可以划分为以下几种：化学结合水如结晶水，不能用干燥方法去除；物化结合水如吸附水分，渗透水分，结构水分，其中吸附水分结合力最强；机械结合水如毛细管水分，空隙中水分，表面湿润水分，其中表面湿润水分结合力最强。结合力强的水分水分难去除，称为结合水分；结合力弱的水分水分易去除，称为非结合水分。平衡水分曲线以上的为自由水分，平衡水分曲线与j=100%线交点以上的为非结合水分，容易除去。非结合水分的活度»1，它与物料的结合力极弱。汽化这种水分与汽化纯水相同，极易用干燥的方法除去。结合水分包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分、及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。特点：借化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。非结合水分包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。特点：物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水分较容易。物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性质，而与干燥介质的状态无关；平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干燥介质状态改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变。了解影响干燥速度的因素。（1）湿物料的性质与形状：包括物理结构、化学组成、形状大小、料层厚薄及水分结合方式。（2）物料的湿度：物料的水分活度与湿度有关，因而影响干燥速率。（3）物料的温度：温度与水分的蒸气压和扩散系数有关。（4）干燥介质的状态：温度越高，相对湿度越低，干燥速率越大。（5）干燥介质的流速：由边界层理论可知，流速越大，气膜越薄，干燥速率越大。（6）介质与物料的接触状况：主要是指介质的流动方向。流动方向垂直于物料表面时，干燥速率最快。了解干燥器的形式及特点。干燥器的分类：按操作压强分：常压干燥器、真空干燥器；按操作方式分：连续式、间歇式；按供热方式分：对流干燥器、传导干燥器、辐射干燥器、介电加热干燥器；按介质和物料的相对运动方向分：并流、逆流、错流干燥器；并流、逆流、错流干燥器的特点：并流：含水量高的物料与温度最高而湿度最低的介质相接触，在进口端的干燥推动力大，在出口端的推动力小。适用情况：（1）干物料不耐高温而湿物料允许快速干燥；在干燥第一阶段，物料温度始终维持在湿球温度，到第二阶段，物料温度才逐渐上升，但此时介质温度已下降，物料不致于过热。（2）物料的吸湿性小或最终水分要求不很低；物料在出口处与温度最低、湿度最高（即相对湿度最大）的介质接触，其平衡水分高。逆流：物料与干燥介质的运动方向相反，干燥推动力在干燥器中分布较均匀。适用情况：（1）湿物料不宜快干而干物料能耐高温；（2）物料的吸湿性强或最终含水量要求低；注：在逆流时，湿物料进入的温度不应低于干燥介质在此处的露点，否则湿度高的干燥介质中有一部分水蒸气会冷凝在湿物料上，从而增加干燥时间。错流：高温介质与物料运动方向相垂直，如果物料表面都与湿度小、温度高的介质接触，可获得较高的推动力，但介质的用量和热量的消耗也较大。适用情况：（1）物料在干燥的始、终都允许快速干燥和高温；（2）要求设备紧凑（过程速度大）而允许较多的介质和能耗。对流干燥器：(1)厢式干燥器（盘式干燥器）优点：构造简单、制造容易、适应性强。缺点：干燥不均匀，干燥时间长，劳动强度大，操作条件差。适用于干燥粒状、片状和膏状物料，批量小、干燥程度要求高、不允许粉碎的脆性物料，以及随时需要改变风量、温度和湿度等干燥条件的情况。(2)带式干燥器带式干燥器是使用环带作为输送物料的干燥器。运输带通常用帆布、橡胶、金属丝网制成，以金属丝网居多。(3)沸腾床干燥器（流化床干燥）工作原理：散粒状物料由床侧加料器加入，热气流通过多孔分布板与物料层接触，气流速度保持在临界流化速度和带出速度之间，颗粒即能在床层内形成流化，颗粒在热气流中上下翻动与碰撞，与热气流进行传热和传质而达到干燥的目的。当床层膨胀到一定高度时，床层空隙率增大而使气流流速下降，颗粒又重新落下而不致被气流所带走。经干燥之后的颗粒由床侧出料管卸出，气流由顶部排出，并经旋风分离器回收其中夹带的粉尘。优点：颗粒在干燥器内的停留时间可任意调节；气流速度小，物料与设备的磨损较轻，压降小；传热面大，物料的最终含水量低；结构简单、紧凑。缺点：因颗粒在床层中高度混合，则可引起物料的短路和返混，物料在干燥器内的停留时间不均匀。(4)喷动床干燥器原理及流程：物料从窄截面处加入，被进口气体夹带并进行输送，同时使物料沿器壁返回床层，从而使物料形成循环运动。物料循环频率与气速有关。物料在干燥器的扩大部分物料呈沸腾状态，在此被干燥。(5)气流干燥器优点：对流传热系数和传热温度差大，干燥器的体积小，干燥速率快，物料停留时间短，可在高温下干燥；热利用率高；设备紧凑，结构简单；可以完全自动控制。缺点：气流在系统中压降较大；干燥管长；在干燥过程中存在摩擦，易将产品磨碎；分离器的负荷大。适用于在潮湿状态下仍能在气体中自由流动的颗粒物料，可利用高速的热气流使粉、粒状的物料悬浮于其中，在气力输送过程中进行干燥。(6)转筒干燥器（回转式干燥器）转筒：呈倾斜状，在旋转时，借助重力的作用使物料向低端输送抄板：将物料抄起后再洒下，增大干燥面积，提高干燥速率；同时促进物料向前运动。优点：处理量大，适应性强，生产能力大，操作控