食品工艺学-第二章-热处理

食品工艺学旅游学院姜薇第二章食品的脱水第一节食品干藏原理第二节食品干燥机制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概述食品的脱水加工浓缩(concentration)——产品是液态，其中水分含量较高。干燥(drying)——产品是固体，最终水分含量低。从食品中去除水分概述食品脱水加工的方法加热使水分蒸发膜处理去除水分如：油炸、烤、炒、烘如：反渗透、超滤SolidHeatWaterDrying概述食品脱水加工的目的延长贮存时间更加美味便于运输和贮存便于进一步加工第一节食品干藏原理长期以来人们已经知道食品的腐败变质与食品中水分含量（M）具有一定的关系。但仅仅知道食品中的水分含量还不能足以预言食品的稳定性。如：水分含量高低不同时

花生油M0.6％时易变质淀粉M20％不易变质

还有一些食品具有相同水分含量，但腐败变质的情况是明显不同的.

如鲜肉与咸肉、鲜菜与咸菜水分含量相差不多（一般在80%左右），但保藏状况却不同，这就存在一个食品中水能否被微生物、酶或化学反应所利用的问题；水是否被利用与水在食品中的存在状态有关。食品中水分存在的形式游离水（或自由水）

是指组织细胞中易流动、容易结冰，也能溶解溶质的这部分水。结合水（或被束缚水）是指不易流动、有结合力固定、不易结冰（－40℃），不能作为溶剂；

10Aw值反映了水分与食品结合的强弱及被微生物利用的有效性。细菌生长的Aw下限为0.94，酵母菌为0.88，霉菌为0.8。Aw值降至0.7以下，除嗜盐菌﹑耐干燥霉菌等特殊菌群外，大多数微生物不能生长发育。水分活度（Aw）：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值的范围在0～1之间。1.水分活度水分活度数值的意义Aw=1的水就是自由水（或纯水），可以被利用的水；Aw<1的水就是指水被结合力固定，数值的大小反映了结合力的多少；Aw越小则指水被结合的力就越大，水被利用的程度就越难；水分活度小的水是难以或不可利用的水；

常见食品中水分含量与水分活度的关系0℃-10℃-20℃-50℃（Ⅱ）多层水，主要通过水-水和水-溶质氢键同相邻分子缔合，为可溶性组分的溶液，大部分多层水在-40℃不被冻结，I+II的水占5%以下（Ⅲ）自由水或体相水，是食品中结合的最弱，流动性最大的水，主要是在细胞体系或凝胶中被毛细管液面表面张力或被物理性截留的水，这种水很易通过干燥除去或易结冰，可作为溶剂，容易被酶和微生物利用，食品容易腐败，通常占95%以上；（Ⅰ）单分子层水，不能被冰冻，不能干燥除去。水被牢固地吸附着，它通过水-离子或水-偶极相互作用被吸附到食品可接近的极性部位如多糖的羟基、羰基、NH2，氢键，当所有的部位都被吸附水所占有时，此时的水分含量被称为单层水分含量，-40℃不能冻结，占总水量的极小部分。(2)水分活度大小的影响因素

影响水分活度的因素主要有食品种类、水分含量、食品中溶质种类和浓度及温度：取决于水存在的量；温度；水中溶质的种类和浓度；食品成分或物化特性；

2.水分活度对食品保藏性的影响

（1）水分活度和微生物生长活动的关系（2）水分活度对酶活力的影响（3）水分活度对化学反应的影响

大多数新鲜食品的水分活度在0.98以上，适合各种微生物生长（易腐食品）。大多数重要的食品腐败细菌所需的最低aw都在0.9以上，肉毒杆菌在低于0.95就不能生长。只有当水分活度降到0.75以下，食品的腐败变质才显著减慢；若将水分降到0.65，能生长的微生物极少。一般认为，水分活度降到0.7以下物料才能在室温下进行较长时间的贮存。（1）水分活度和微生物生长活动的关系Aw<0.85微生物生长受抑制。水分活度较高的情况下微生物繁殖迅速，水分活度对细菌生长及毒素的产生的影响0.20.40.60.81.0AwAw<0.65霉菌被抑制，在0.9左右霉菌生长最旺盛。水分活度对霉菌生长的影响0.20.40.60.8Aw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。Aw<0.15才能抑制酶活性（2）水分活度对酶活力的影响20水分活度与酶的关系通常水分活度在0.75~0.95的范围内酶活性达到最大。水分减少时，酶的活性也就下降。只有在水分降低到1%以下时，酶的活性才会完全消失。酶在湿热条件下易钝化。为了控制干制品中酶的活动，就有必要在干制前对食品进行湿热或化学钝化处理，以达到酶失去活性为度.0.20.40.6Aw0.8Aw在0.4左右时，氧化反应较低，这部分水被认为能结合氢过氧化物，干扰了它们的分解，于是阻碍了氧化的进行。另外这部分水能同催化氧化的金属离子发生水化作用，从而显著地降低了金属离子的催化效率。当水分超过0.4时，氧化速度增加。认为加入的水增加了氧的溶解度和使大分子溶胀，暴露更多的催化部位，从而加速了氧化。（3）水分活度对氧化反应的影响0.20.40.60.8Aw水分活度对褐变反应的影响23第二节食品的干制过程

一、干燥过程中食品的湿热传递

1）干燥过程是湿热传递过程，该过程包括了两个基本方面，即热量交换和质量交换热量交换：热从食品表面传递到食品内部质量交换：表面水分扩散到空气中，内部水分转移到表面；

2）整个湿热传递过程中，水分的转移和扩散可分为两个过程：给湿过程：水分从食品表面向外界蒸发转移。导湿过程：内部水分向表面扩散转移。241、给湿过程当环境空气处于不饱和状态时，给湿过程即存在。此时湿物料表面附近水蒸气压大于湿空气中水蒸气分压，因此水分将从物料表面向湿空气中传递，这种过程即物料给湿过程，也即干燥过程。252、导湿过程水分梯度：给湿过程的进行导致了待干食品表面湿含量比物料中心的湿含量低，出现水分含量的差异，即内部与表层之间形成了水分梯度，在它的作用下，内部水分将以液体或蒸汽形式向表层迁移，这就是导湿现象。温度梯度：在普通的干燥条件下，食品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（无论是液态还是气态）从高温向低温处转移。这种现象称为热湿传导现象或导湿温性。一、干制机制

FoodH2O（2）温度梯度ΔT食品在热空气中，食品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（无论是液态还是气态）从高温向低温处转移。这种现象称为导湿温性。表面水分扩散到空气中内部水分转移到表面（1）水分梯度ΔM干制过程中潮湿食品表面水分受热后首先有液态转化为气态，即水分蒸发，而后，水蒸气从食品表面向周围介质扩散，此时表面湿含量比物料中心的湿含量低，出现水分含量的差异，即存在水分梯度。水分扩散一般总是从高水分处向低水分处扩散，亦即是从内部不断向表面方向移动。这种水分迁移现象称为导湿性。MM-ΔMTT-ΔT二、干制过程的特性

食品在干制过程中，食品水分含量逐渐减少，干燥速率变大后又逐渐变低，食品温度也在不断上升。1.干燥曲线（1）水分含量曲线（2）干燥速率曲线（3）食品温度曲线（1）水分含量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初始时，食品被预热，食品水分在短暂的平衡后（AB段），出现快速下降，几乎是直线下降（BC），当达到较低水分含量（C点）时（第一临界水分），干燥速率减慢，随后趋于平衡，达到平衡水分（DE）。平衡水分取决于干燥时的空气状态（3）食品温度曲线初期食品温度上升，直到最高值——湿球温度，整个恒率干燥阶段温度不变，即加热转化为水分蒸发所吸收的潜热（热量全部用于水分蒸发）在降率干燥阶段，温度上升直到干球温度，说明水分的转移来不及供水分蒸发，则食品温度逐渐上升（2）干燥速率曲线食品被加热，水分被蒸发加快，干燥速率上升，随着热量的传递，干燥速率很快达到最高值；是食品初期加热阶段；然后稳定不变，为恒率干燥阶段，此时水分从内部转移到表面足够快，从而可以维持表面水分含量恒定，也就是说水分从内部转移到表面的速率大于或等于水分从表面扩散到空气中的速率，是第一干燥阶段；到第一临界水分时，干燥速率减慢，降率干燥阶段，说明食品内部水分转移速率小于食品表面水分蒸发速率；干燥速率下降是由食品内部水分转移速率决定的当达到平衡水分时，干燥就停止。

2.干燥阶段在典型的食品干燥过程中，物料先经过预热后，再经历干燥恒定阶段（恒速期）和干燥降速阶段（降速期）（1）恒速期水分子从食品内部迁移到表面的速率大于或等于水分子从表面跑向干燥空气的速率；干燥推动力是食品表面的水分蒸汽压和干燥空气的水分蒸汽压两者之差；传递到食品的所有热量都进入汽化的水分中，温度恒定；（2）降速期一旦到达临界水分含量，水分从表面跑向干燥空气中的速率就会快于水分补充到表面的速率；内部质量传递机制影响了干燥快慢；干燥结束达到平衡水分含量；降速期预测干燥速率是很困难的；干制过程中食品内部水分迁移大于食品表面水分蒸发或扩散，则恒率阶段可以延长；如内部水分迁移小于表面扩散，则恒率阶段就不存在；如水分含量75~90%的苹果，有恒率和降率阶段；若水分9%的花生米，干制时，仅经历降率阶段；注意以上我们讲的都是以空气为介质通过加热来干燥。若是采用其它加热方式，如没有热量传递过程，则干燥速率曲线将会变化。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。温度空气流速空气相对湿度大气压力和真空度（1）温度

对于空气作为干燥介质，提高空气温度，在恒速期干燥速度加快，在降速期也会增加，原因：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；水分受热导致产生更高的汽化速率；对于一定水分含量的空气,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.水分子在高温下,迁移或扩散速率也加快,使内部干燥加速.

但温度过高会引起食品发生不必要的化学和物理反应；（2）空气流速干燥空气吹过食品表面的速度影响水分从表面向空气扩散的速度，因为食品内水分以水蒸汽的形式外逸时,将在其表面形成饱和水蒸汽层,若不及时排除掉,将阻碍食品内水分进一步外逸.从而降低水分的蒸发速度.因此空气流速加快，食品在恒速期的干燥速率也加速；原因：空气流速增加，水分扩散加快（对流质量传递速率加快），能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；食品表面接触的空气量增加，会显著加速食品表面水分的蒸发。空气流速增加对降率期没有影响，因为此时干燥受内部水分迁移或扩散所限制；（3）空气相对湿度食品表面和干燥空气之间的水蒸汽压差代表了外部质量传递的推动力，空气的相对湿度增加则会减小推动力，饱和的湿空气不能在进一步吸收来自食品的蒸发水分。空气相对湿度越低，食品恒速期的干燥速率也越快；对降速期没有影响；空气的相对湿度也决定食品的干燥后的平衡水分，食品的水分始终要和周围空气的湿度处于平衡状态；可通过干制的解吸等温线来预测；当食品和空气达到平衡，干燥就停止。（4）大气压力和真空度大气压力影响水的平衡，因而能够影响干燥，当真空下干燥时，空气的蒸汽压减少，在恒速阶段干燥更快。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。但是，若干制由内部水分转移限制，则真空干燥对降率期的干燥速率影响不大。适合热敏物料的干燥操作条件对于干燥速率的影响

2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，表面大，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。例如：芹菜的纤维结构，沿着长度方向比横穿细胞结构的方向干燥要快得多。在肉类蛋白质纤维结构中，也存在类似行为。（3）细胞结构

在大多数食品中，细胞内含有部分水，剩余水在细胞外，细胞外水分比细胞内的水更容易除去；当细胞被破碎时，有利于干燥，但需注意，细胞破裂会引起干制品质量下降；（4）溶质的类型和浓度

溶质如蛋白质、碳水化合物、盐、糖等，与水相互作用，结合力大，水分活度低，抑制水分子迁移，干燥慢；尤其在低水分含量时还会增加食品的粘度；浓度越高，则影响越大；这些物质通常会降低水分迁移速度和减慢干燥速率一、干制过程中食品的主要变化1.物理变化

干缩、干裂如木耳，胡萝卜丁表面硬化如山芋片多孔性如香菇、蔬菜热塑性加热时会软化的物料如糖浆或果浆，冷却后变硬或脆溶质的迁移有时表面结晶析出第三节干制对食品品质的影响草莓干

对比2、化学变化（1）营养成分蛋白质

受热易变性，一般较稳定，但高温长时间，会分解或降解碳水化合物

大分子稳定，小分子如低聚糖受高温易焦化、褐变脂肪

高温脱水时脂肪氧化比低温时严重维生素

水溶性易被破坏和损失，如VC、硫胺素、胡萝卜素、VD；B6、烟碱酸较稳定，损失少（2）色素色泽随物料本身的物化性质改变（反射、散射、吸收传递可见光的能力）新鲜食品颜色比较鲜艳，干燥后颜色有差别；天然色素：类胡萝卜素、花青素、叶绿素等易变化褐变：糖胺反应(Maillard)、酶促褐变、焦糖化、其他。（3）风味引起水分除去的物理力，也会引起一些挥发物质的去除受热会引起化学变化，带来一些异味、煮熟味、硫味防止风味损失方法：芳香物质回收（如浓缩苹果汁）低温干燥、加包埋物质，使风味固定二、干制品的复原性和复水性

干制品复水后恢复原来新鲜状态的程度是衡量干制品品质的重要指标。1.

干制品的复原性就是干制品重新吸收水分后在重量、大小和性状、质地、颜色、风味、结构、成分以及可见因素（感官评定）等各个方面恢复原来新鲜状态的程度2.干制品的复水性新鲜食品干制后能重新吸回水分的程度，一般用干制品吸水增重的程度来表示复水比：R复=G复/G干

G复干制品复水后沥干重，G干干制品试样重复重系数：K复=G复/G原

G原干制前相应原料重干燥比：R干=G原/G干反映了食品脱水的程度复重系数：K复=R复/R干

三.干制品的贮藏水分含量干制品的耐贮藏性主要取决于干燥后的水分活度；由于食品成分和性质不同，达到贮藏要求的水分活度时的相应水分含量各不相同；见书P49，表2-8和表2-9四、合理选用干制工艺条件

食品干制工艺条件主要由干制过程中控制干燥速率、物料临界水分和干制食品品质的主要参变数组成。人工干制食品时，空气温度、相对湿度、流速、气压是主要工艺条件；食品温度是干燥过程中控制食品品质的重要因素，却决定于空气温度、相对湿度和流速等主要参数1最适宜的干制工艺条件使干制时间最短；热能和电能的消耗量最低；干制品的质量最高；它随食品种类而不同在具体干燥设备中难以达到理想的干燥工艺条件，为此作必要修改后的适宜干制工艺条件称为合理干制工艺条件2.选用合理干制工艺条件的原则：（1）使食品表面的水分蒸发速率尽可能等于食品内部的水分扩散速率，同时力求避免在食品内部建立起和湿度梯度方向相反的温度梯度，以免降低食品内部的水分扩散速率。在导热性较小的食品中，若水分蒸发速率大于食品内部的水分扩散速率，则表面会迅速干燥，表层温度升高到介质温度，建立温度梯度，更不利于内部水分向外扩散，而形成干硬膜，如温度高会焦化。办法：需降低空气温度和流速，提高空气相对湿度；降低温度有利于减小温度梯度；提高空气相对湿度可控制表面水分的蒸发，防止干裂；（2）恒率干燥阶段，食品物料表面温度不会高于湿球温度，此时所提供的热量主要用于水分的蒸发，物料表面温度就是湿球温度。为了加速蒸发，在保证食品表面的蒸发速率不超过食品内部的水分扩散速率的原则下，允许尽可能提高空气温度。

（3）在开始降率干燥阶段时，应设法降低表面水分蒸发速率，使它能和逐步降低了的内部水分扩散率一致，以免食品表面过度受热，导致不良后果。要降低干燥介质的温度，务使食品温度上升到干球温度时不致超出导致品质变化（如糖分焦化）的极限温度（一般为90℃）一般还可降低空气的流速，提高空气的相对湿度（如加入新鲜空气）进行控制。

（4）干燥末期，干燥介质的相对湿度应根据预期干制品水分含量指标来加以选用。干燥结束时食品中水分含量大小是达到与当时介质温度和相对湿度条件相适应的平衡水分。

如北方干燥的蔬菜比南方的水分含量要低，因北方空气相对湿度小；第五节干制品的包装和贮藏

食品经干燥脱水处理后，其本身的一些物理特性发生了很大改变，如密度、体积、吸湿性等。为了保持干制品的特性以及便于储藏运输，通常对于干制品的处理包括三部分：干制品的预处理；干制品的包装；干制品的贮藏。一、包装前干制品的预处理1、筛选分级2、均湿处理3、灭虫处理4、速化复水处理5.压块（片）

1、筛选分级选出块片和颗粒大小不合标准产品；剔除其他碎屑杂质等物；磁铁吸除金属杂质；在输送带上进行机械筛选或人工挑选。

2、均湿处理

有时晒干或烘干的干制品由于翻动或厚薄不均会造成制品中水分含量不均匀一致（内部亦不均匀），这时需要将它们放在密闭室内或容器内短暂贮藏，使水分在干制品内部重新扩散和分布，从而达到均匀一致的要求，这称为均湿处理。特别是水果干制品。均湿处理还常称为回软和发汗；仓贮法就是一种可大量均湿处理的方法，即在仓库中将干暖空气通过堆积在假底上的水分不均匀干制品使其外逸，可达到均湿效果；一般需2~3周，菜干1~8天；3、灭虫处理：

干制品尤其是果疏干制品常有虫卵混杂其间，在适宜的条件下会生长造成损失。烟熏是控制干制品中昆虫和虫卵常用方法；常用烟熏剂有甲基溴，一般用量16~24g/m3，可使害虫中毒死亡。因溴会残留，一般允许残溴量<150mg/Kg，有些水果干制品甚至在100mg/Kg以下，如李干为20mg/Kg。此外，二氧化硫也常用于果干的熏蒸；大包装葡萄干常用甲酸甲酯防虫害；

4、速化复水处理

即为了加快干制品的复水速度，常采用①压片法:即将颗粒状果干经过相距为一定距离（0.025mm-1.5mm）间隙转辊，进行轧制压扁，薄果片复水比颗粒状迅速得多②刺孔法:将半干制品水分含量16-30%的干苹果片进行刺孔，然后再干制到5%水分，不仅可加快干燥速度，还可使干制品复水加快。③刺孔压片法：在转辊上装有刺孔用针，同时压片和刺孔，复水速度可达最快。5.压块（片）将干制品在水压机中用块模压缩成密度较高的块状如木耳块；或用轧片机轧成片状，如紫菜片，这样可减小体积，还可有利于防止氧化变质。对脱水蔬菜水分含量低、质脆易碎的产品，通常先直接用蒸汽加热20~30S，促使软化以便压块（片）并减少破碎率；二、干制品的包装

食品包装是指用合适的材料、容器、工艺、装潢、结构设计等手段将食品包裹和装饰，以便在加工、运输、贮存、销售过程中保持食品质量或增加商品价值1．干制品包装的要求（1）能防止干制品吸湿回潮，要求包装材料长期在90%相对湿度中，每年水分增加量应不超过2%；（2）能防止外界空气、灰尘、虫、鼠和微生物以及气味等入侵；（3）能不透外界光线，避光；（4）贮藏、搬运和销售过程中具有耐久牢固的特点，能维护容器原有特性，包装容器在30～100厘米高处落下120～200次而不会破损，在高温、高湿或浸水和雨淋的情况也不会破烂；（5）包装的大小、形状和外观应有利于商品的销售，（6）和食品相接触的包装材料应符合食品卫生要求，安全无毒，并且不会导致食品变性、变质；（7）开启方便；（8）包装费用应做到低廉或合理。观察食品包装袋或包装盒包装盒包装袋透明包装罐头密封包装真空包装食品为什么会有这么多种不同的包装呢？在观察食品包装的时候首先看到的是食品包装的外观、材质、形式等，这些包装的不同形式与食品的保存有着哪些紧密的联系？。包装的材质有哪几种？包装的材质和形式不透明包装袋镀铝食物要避光盒、罐包装食物怕磕碰真空包装肉制食品容器包装液体食品超高温复合材料灭菌包装鲜奶玻璃纸铝箔纸防潮、防油食物透明包装需要看见食物不同的包装形式决定食品的保质期的长短2.干制品的包装容器①纸箱和盒纸箱和纸盒是干制品常用的包装容器。大多数干制品用纸箱或纸盒包装时还衬有防潮包装材料如涂蜡纸、羊皮纸以及具有热封性的高密度聚乙烯塑料袋，以后者较为理想。纸盒还常用能紧密贴盒的彩印纸、蜡纸、纤维膜或铝箔作为外包装。②塑料袋多年来，供零售用的干制品常用玻璃纸包装，现在开始