1、1脫水加工學脫水加工學 Dehydration Processing Handout學生姓名學生姓名:_:_學生學號學生學號:_:_授課教師：授課教師：班級班級:食品科學系食品科學系 進食品三進食品三 食品二甲食品二甲二乙二乙2書籍書籍教科書目：教科書目：1.1.食品加工學食品加工學 保藏篇保藏篇 賴滋漢等編賴滋漢等編 富林出版社富林出版社 1992 1992 臺中市復臺中市復興路四段興路四段281-4281-4號號 Tel:04-2206316Tel:04-2206316參考書目：參考書目：1.Fellows,P.J.2000,Food processing technology 1.Fel
2、lows,P.J.2000,Food processing technology principles and practice(2nd Edition),CRC Pressprinciples and practice(2nd Edition),CRC Press偉明圖偉明圖書有限公司代理書有限公司代理2.Concentration and Drying of Foods.Ed.by Mac.Carthy.2.Concentration and Drying of Foods.Ed.by Mac.Carthy.Elsevier AplliedElsevier Apllied Science
3、Publishers LTD.1986.Science Publishers LTD.1986.3.Industrial Drying of Foods.Ed.by C.G.J.Baker.3.Industrial Drying of Foods.Ed.by C.G.J.Baker.Blackie Academic&Professional 1997.Blackie Academic&Professional 1997.4.Singh,R.P.and Heldman4.Singh,R.P.and Heldman,D.P.,2001.3rd Ed.Introduction,D.P.,2001.3
4、rd Ed.Introduction to Food Engineering,Academic Press.Orlando,Florida,to Food Engineering,Academic Press.Orlando,Florida,USA USA 偉明圖書有限公司代理偉明圖書有限公司代理3教學目的教學目的介紹水活性和食品乾燥之基本概念介紹水活性和食品乾燥之基本概念乾燥曲線和乾燥時間的預估乾燥曲線和乾燥時間的預估乾燥前處理乾燥前處理溫濕圖和熱風乾燥之計算及設計溫濕圖和熱風乾燥之計算及設計乾燥之操作方法乾燥之操作方法乾燥食品的應用乾燥食品的應用乾燥食品的包裝貯存乾燥食品的包裝貯存 4上課
5、及成績計算方式上課及成績計算方式上課方式：課堂講解、作業、市場產品上課方式：課堂講解、作業、市場產品調查及小考和考卷檢討。調查及小考和考卷檢討。考試及成績計算方式：考試及成績計算方式：期中考佔期中考佔25%25%期末考佔期末考佔25%25%平時成績佔平時成績佔50%(50%(包括包括:小考、出席和上小考、出席和上課表現、作業和報告課表現、作業和報告)5課程計畫課程計畫 週次週次內內 容容週次週次內內 容容一一簡介脫水食品之歷史、展望簡介脫水食品之歷史、展望十十檢討期中考考卷、離心過濾壓榨檢討期中考考卷、離心過濾壓榨二二水活性和食品乾燥的關係水活性和食品乾燥的關係十一十一空氣溫濕圖和熱風乾燥機之
6、設計空氣溫濕圖和熱風乾燥機之設計三三水分含量之計算、乾燥曲線水分含量之計算、乾燥曲線十二十二食品乾燥方法與應用食品乾燥方法與應用(I)(I)四四食品乾燥之特性和原理食品乾燥之特性和原理 十三十三食品乾燥方法與應用食品乾燥方法與應用(II)(II)五五乾燥時間之預估乾燥時間之預估&Quiz 1&Quiz 1十四十四食品乾燥方法與應用食品乾燥方法與應用(III)&HW 2(III)&HW 2六六固体食品之前處理固体食品之前處理 (I)HW 1(I)HW 1十五十五乾燥食品之品質變化乾燥食品之品質變化&Quiz 2&Quiz 2七七固体食品之前處理固体食品之前處理 (II)(II)十六十六乾燥食品之
7、貯存和包裝乾燥食品之貯存和包裝&HW 3&HW 3八八液体食品之蒸發及膜處理液体食品之蒸發及膜處理十七十七市場調查報告市場調查報告 (HW 4)(HW 4)九九期中考期中考十八十八期末考期末考6市售乾燥食品市售乾燥食品農產品農產品:穀類、金針、香菇、蜜餞、粉料、調穀類、金針、香菇、蜜餞、粉料、調味料、果汁粉、味料、果汁粉、(飼料飼料)、米粉、米粉乳製品乳製品:奶粉、起司粉奶粉、起司粉畜產品畜產品:肉鬆、肉乾肉鬆、肉乾水產品水產品:蝦米、魚干、海苔、海菜蝦米、魚干、海苔、海菜休閒食品休閒食品:米果、蝦餅、乖乖、早餐穀類食品、米果、蝦餅、乖乖、早餐穀類食品、餅乾、爆米花、茶、咖啡餅乾、爆米花、茶、
8、咖啡保健食品保健食品:靈芝、樟芝、冬蟲夏草膠囊靈芝、樟芝、冬蟲夏草膠囊泡麵泡麵故乾燥為食品工業中應用最廣的單元操作。故乾燥為食品工業中應用最廣的單元操作。回回7專有名詞之比較專有名詞之比較Dehydration(脫水、去濕脫水、去濕)Drying(乾燥乾燥)Concentration(濃縮濃縮)Evaporation(蒸發蒸發)Crystallization(結晶結晶)Membrane(膜處理膜處理):):reverse osmosis(逆滲透逆滲透),ultra-filtration(超過濾超過濾)8Dehydration(脫水脫水)機械法機械法:利用壓榨、沉降、過濾、離心分離除利用壓榨、沉
9、降、過濾、離心分離除水。屬於固、液相分離過程、不發生相的變化、水。屬於固、液相分離過程、不發生相的變化、耗能少、費用低，但水分不能完全去除。耗能少、費用低，但水分不能完全去除。物理法物理法:利用吸濕性物質如利用吸濕性物質如:石灰、無水氯化鈣、石灰、無水氯化鈣、矽膠等吸附物質中的少量的水分。矽膠等吸附物質中的少量的水分。熱能法熱能法:借助於熱能使物質中的水分汽化，並借助於熱能使物質中的水分汽化，並將水蒸氣排除。通常會發生水分相的變化、耗將水蒸氣排除。通常會發生水分相的變化、耗能大、費用高，但物質中水分去除較為徹底。能大、費用高，但物質中水分去除較為徹底。9食品脫水之定義食品脫水之定義 藉蒸發藉蒸
10、發(evaporation)(evaporation)或昇華或昇華(sublimation)(sublimation)去去除水分，以降低食品之水活性。除水分，以降低食品之水活性。10食品乾燥之目的食品乾燥之目的 抑制微生物、酵素及食品間成分分子抑制微生物、酵素及食品間成分分子之反應，以提高食品之保存性及簡便之反應，以提高食品之保存性及簡便性。性。減少重量、體積便於運輸和儲存。減少重量、體積便於運輸和儲存。賦予特殊風味以開發新乾燥食品。賦予特殊風味以開發新乾燥食品。11食品乾燥之應用有兩種食品乾燥之應用有兩種儲藏型：乾燥食品需復水與新鮮者相似。儲藏型：乾燥食品需復水與新鮮者相似。加工型：食品乾燥
11、後已完全食品本來之加工型：食品乾燥後已完全食品本來之特性，而給與食品另一種新風味、特性。特性，而給與食品另一種新風味、特性。請想想請想想市售乾燥食品市售乾燥食品是屬於儲藏型或加工是屬於儲藏型或加工型乾燥食品。型乾燥食品。12乾燥食品之歷史演進乾燥食品之歷史演進 古代至今為日曬、風乾古代至今為日曬、風乾(1600)(1600)熱風乾燥熱風乾燥(1800)(1800)罐頭食品罐頭食品(1930)(1930)冷凍食品冷凍食品(1950)(1950)冷凍真空乾燥食品冷凍真空乾燥食品(1960)(1960)微波乾燥食品微波乾燥食品13乾燥食品之展望乾燥食品之展望開發新加工型乾燥產品。開發新加工型乾燥產品
12、。開發新乾燥方法。開發新乾燥方法。降低成本，提高品質。降低成本，提高品質。穀類穀類飼料飼料奶粉奶粉全世界三大乾燥食品之產業全世界三大乾燥食品之產業14水活性水活性 (water activity)15水活性水活性 (Aw)(Aw)AwAw的值在的值在0101之間之間 Aw=RH%/100%=P/PAw=RH%/100%=P/Po oRH%RH%相對濕度相對濕度(relative humidity):(relative humidity):濕空氣之濕空氣之水蒸氣分壓和同一溫度下飽和水蒸氣壓的比水蒸氣分壓和同一溫度下飽和水蒸氣壓的比值，值，P:P:密閉容器中空隙部分食品的水分分壓，密閉容器中空隙部
13、分食品的水分分壓，P Po o:該溫度下純水的飽和蒸氣壓該溫度下純水的飽和蒸氣壓絕對濕度絕對濕度(absolute humidity):(kg water(absolute humidity):(kg water/kg dry air):/kg dry air):空氣中乾空氣和水蒸氣組成。空氣中乾空氣和水蒸氣組成。PPPPPXwT760*621.0)(291816水活性和反應速率水活性和反應速率17水活性水活性微生物微生物(細菌、酵母菌、黴菌細菌、酵母菌、黴菌)、水解、水解、(非非)酵酵素性素性褐變褐變的反應速率隨水活性減少而降低。的反應速率隨水活性減少而降低。油脂氧化速率油脂氧化速率在在 A
14、w=0.35Aw=0.35最低。最低。等溫吸濕曲線等溫吸濕曲線(moisture sorption isotherm):(moisture sorption isotherm):樣品的平衡含水率和相對濕度間之關係。樣品的平衡含水率和相對濕度間之關係。Zone I:Zone I:結合水牢固結合在食品上，不會發生結合水牢固結合在食品上，不會發生反應，為單層水會受食品表面結構、化學成分反應，為單層水會受食品表面結構、化學成分和水物理等影響。和水物理等影響。Zone II:Zone II:存在於小的毛細管內，具鬆緩的多存在於小的毛細管內，具鬆緩的多層結合，其水的能量受冷凝力支配。層結合，其水的能量受冷
15、凝力支配。Zone III:Zone III:水存在大的毛細管中，水為溶劑。水存在大的毛細管中，水為溶劑。18影響微生物的生長因素影響微生物的生長因素 Aw Temperature pH Medium(培養基成份培養基成份)回19四種褐變四種褐變(browning reaction)酵素性褐變酵素性褐變(多酚氧化酶多酚氧化酶)梅納反應梅納反應焦糖化反應焦糖化反應維生素維生素C C氧化氧化回20油脂氧化和水活性的關係油脂氧化和水活性的關係 AwAw高時，因水分含量多，使金屬離子增加溶高時，因水分含量多，使金屬離子增加溶透與溶解能力，催化油脂氧化。透與溶解能力，催化油脂氧化。AwAw在在0.350
16、.35時，水份單層覆時，水份單層覆(monolayermonolayer)於食品於食品的表面，故油脂的表面，故油脂(沒辦法接觸沒辦法接觸)與金屬離子水與金屬離子水合作用。蛋白質的疏水基和油脂產生鍵結而合作用。蛋白質的疏水基和油脂產生鍵結而蛋白質的親水基則和水產生作用。蛋白質的親水基則和水產生作用。AwAw很低，沒水時，油脂暴露在空氣中，易氧很低，沒水時，油脂暴露在空氣中，易氧化。化。21降低油脂氧化的方法降低油脂氧化的方法 減少氧氣濃度減少氧氣濃度 (如如:真空包裝、吸氧劑；海綿真空包裝、吸氧劑；海綿蛋糕用吸氧劑又稱活性包裝。蛋糕用吸氧劑又稱活性包裝。)降低金屬離子濃度降低金屬離子濃度(鐵離子
17、鐵離子)()(螯合劑螯合劑 如如:EDTAEDTA、有機酸、有機酸)保持適當的水活性保持適當的水活性(保持在保持在Aw=0.35Aw=0.35下，油脂下，油脂氧化最低。氧化最低。)選擇良好的抗氧化劑選擇良好的抗氧化劑(如：如：BHABHA，BHTBHT，VitVit E E需還沒氧化就先加入需還沒氧化就先加入)、相乘劑、相乘劑(有機酸有機酸)回22乾燥食品的包裝中，會添加什麼劑乾燥食品的包裝中，會添加什麼劑?海苔海苔豆干豆干泡麵泡麵23等溫吸濕曲線等溫吸濕曲線24吸濕曲線之滯後現象吸濕曲線之滯後現象(hysteresis)25滯後現象定義和發生原因滯後現象定義和發生原因定義定義:在一定的在一定
18、的AwAw下，去吸附作用水份下，去吸附作用水份含量大於再吸收水分含量。含量大於再吸收水分含量。發生原因發生原因:(1)(1)因有一些水分與非水溶性成份作因有一些水分與非水溶性成份作用，讓去吸附和水份產生鍵結，沒辦法用，讓去吸附和水份產生鍵結，沒辦法釋放水份。釋放水份。(2)(2)再吸收作用時，造成某些非水溶再吸收作用時，造成某些非水溶性的變質，所以無法再吸收水分。性的變質，所以無法再吸收水分。26食品水活性的測定食品水活性的測定利用水活性測定儀利用水活性測定儀康威氏皿康威氏皿 (conways dish:內室內徑內室內徑31mm31mm，外室，外室內徑內徑71mm71mm，高度，高度15mm1
19、5mm，附固定夾，附固定夾)畫出重量增減百畫出重量增減百分率和相對濕度的關係圖分率和相對濕度的關係圖 (1)(1)康威氏皿的上蓋、下皿的邊緣有磨砂口，康威氏皿的上蓋、下皿的邊緣有磨砂口，可塗凡士林密合，外面再用夾子弄緊。可塗凡士林密合，外面再用夾子弄緊。(2)(2)由於不同的飽和鹽類會呈現不同的相對濕由於不同的飽和鹽類會呈現不同的相對濕度環境，故要使系統緊密，方不受外面不同度環境，故要使系統緊密，方不受外面不同的相濕度而干擾。的相濕度而干擾。(3)(3)樣品在水活性低的環境是會減重，相反是樣品在水活性低的環境是會減重，相反是增重，故在康威氏皿中，樣品重量不增減時增重，故在康威氏皿中，樣品重量不
20、增減時的相對濕度，即求此樣品之水活性。的相對濕度，即求此樣品之水活性。27飽和鹽類在飽和鹽類在2525下的相對濕度下的相對濕度飽和鹽類飽和鹽類醋酸鉀醋酸鉀氯化鎂氯化鎂碳酸鉀碳酸鉀硝酸鎂硝酸鎂氯化鈉氯化鈉氯化鉀氯化鉀硝酸鉛硝酸鉛RH%RH%232333334141515175758181979728例題：今若有樣品利用下列三種飽和鹽類置於康例題：今若有樣品利用下列三種飽和鹽類置於康威氏威氏皿皿中，測得在中，測得在2525時重量變化數據如下，先將重量增時重量變化數據如下，先將重量增減百分率和飽和鹽類的相對濕度作圖，再求樣品重量減百分率和飽和鹽類的相對濕度作圖，再求樣品重量不增減時的相對濕度，即求此
21、樣品之水活性。不增減時的相對濕度，即求此樣品之水活性。飽和鹽類飽和鹽類醋酸鉀醋酸鉀(23%)(23%)氯化鈉氯化鈉(75%)(75%)硝酸鉛硝酸鉛(97%)(97%)樣品初重樣品初重(g)(g)0.8550.8551.2001.2001.4001.400樣品於康威氏皿樣品於康威氏皿24hr24hr後重後重(g)(g)0.6500.6501.3251.3251.7351.735重量增減百分率重量增減百分率(%)(%)-24-241010242429上題解上題解:食品的水活性食品的水活性 Aw=0.6Aw=0.630水分含量水分含量(moisture content)31水分含量測定水分含量測定測
22、定的原理為將定量的樣品加熱乾燥，則水測定的原理為將定量的樣品加熱乾燥，則水分會蒸發，而乾燥前和乾燥後重量差作為水分會蒸發，而乾燥前和乾燥後重量差作為水分含量。分含量。通常測量水分之設備通常測量水分之設備:105 105常壓烘箱常壓烘箱 紅外線加熱乾燥器紅外線加熱乾燥器 7070減壓烘箱減壓烘箱 微波乾燥機微波乾燥機 利用濃硫酸等乾燥劑利用濃硫酸等乾燥劑(五氧化二磷五氧化二磷)以吸收食以吸收食品中之水分品中之水分32水分含量的表示法水分含量的表示法濕基水分含量濕基水分含量wet basis moisture content wet basis moisture content MC(w.bMC(
23、w.b.).)(w(wt t-w-wo o)/wt)/wt*100 100%乾基水分含量乾基水分含量 dry basis moisture contentdry basis moisture contentMC(d.bMC(d.b.).)(w(wt t-w-wo o)/w)/wo o (kgH(kgH2 2O/kgO/kg乾物乾物)無因次水分含量無因次水分含量dimensionless moisture content dimensionless moisture content DMC=(wDMC=(wt t-w-wo o)/(w)/(wi i-w-wo o)(值永遠在值永遠在1010之間之
24、間)w wt t:乾燥時間為乾燥時間為t t時之樣品重時之樣品重w wi i:樣品初重樣品初重w wo o:樣品固形物樣品固形物(乾物乾物)重重33假如洋蔥固形物率假如洋蔥固形物率10%,10%,現有現有10kg10kg洋蔥，置洋蔥，置於於8080熱風乾燥機中乾燥熱風乾燥機中乾燥1hr1hr後重量變後重量變5kg5kg，求濕基、乾基及無因次水分含量？求濕基、乾基及無因次水分含量？固形物固形物:10kg:10kg 10%10%1kg1kg 水分水分:10kg:10kg 90%90%9kg 9kg 或或10gk-1kg10gk-1kg9kg9kg 80 80熱風乾燥熱風乾燥1 1小時後重量小時後重
25、量 wt wt 5kg5kg(1)w.b(1)w.b.(5-1)/5(5-1)/5 100%=80%100%=80%(2)d.b(2)d.b.(5-1)/1(5-1)/1 4(kgH4(kgH2 2O/kgO/kg乾物乾物)(3)D.M.C.(3)D.M.C.(5-1)/(10-1)(5-1)/(10-1)4/94/9 0.440.4434今有樣品今有樣品1kg1kg，其中水分含量，其中水分含量(w.b(w.b.=90%).=90%)，若樣品中分析得知蛋白質為若樣品中分析得知蛋白質為0.05kg0.05kg或分別或分別以乾濕基表示蛋白質之含量。以乾濕基表示蛋白質之含量。固形物固形物1kg 1k
26、g 10%=0.1kg10%=0.1kg d.b d.b.=0.05/0.1=0.5(kg protein.=0.05/0.1=0.5(kg protein/kg/kg乾物乾物)w.b w.b.=(0.05/1).=(0.05/1)100%=100%=5%5%35乾基和濕基水分含量的換算乾基和濕基水分含量的換算%100*1dbdbwbMCMCMCwbwbdbMCMCMC100例例:請將請將85%85%濕基水分含量轉換乾基水分含量。濕基水分含量轉換乾基水分含量。(5.67(kg(5.67(kg 水水/kg/kg乾物乾物)36乾燥曲線的測定乾燥曲線的測定取取5 5克樣品，精秤後，置於鋁箔盤上，放入
27、克樣品，精秤後，置於鋁箔盤上，放入105105烘烘箱中進行乾燥至恆重後，取出放入玻璃乾燥器中冷箱中進行乾燥至恆重後，取出放入玻璃乾燥器中冷卻卻1010分鐘，再精秤，以決定水分含量分鐘，再精秤，以決定水分含量(%)(%)。將新鮮樣品切成小片，精稱八份將新鮮樣品切成小片，精稱八份5 5克樣品分別置於克樣品分別置於已貼有標籤鋁箔盤中，再放於已貼有標籤鋁箔盤中，再放於7070熱風乾燥機中進熱風乾燥機中進行乾燥，乾燥時間分別為行乾燥，乾燥時間分別為1515，3030，4545，6060，7575，9090，105105和和120120分鐘。分鐘。待乾燥時間到達時，再取出含樣品的鋁箔盤精稱，待乾燥時間到達
28、時，再取出含樣品的鋁箔盤精稱，再得知此時的樣品淨重。再得知此時的樣品淨重。計算和記錄不同乾燥時間下，樣品的濕基、乾基和計算和記錄不同乾燥時間下，樣品的濕基、乾基和無因次水分含量。無因次水分含量。並分別將樣品的乾基水分含量和乾燥時間作圖，及並分別將樣品的乾基水分含量和乾燥時間作圖，及無因次水分含量和乾燥時間作圖以求得乾燥曲線。無因次水分含量和乾燥時間作圖以求得乾燥曲線。37由乾燥速率曲線預測乾燥時間由乾燥速率曲線預測乾燥時間恆率期恆率期:Mi：起始水分含量(db)；M：臨界水分含量(db)；Rc：恒率期乾燥速率進入第一減率乾燥期進入第一減率乾燥期 M：第一減率期的水分含量(db)進入第二減率乾燥
29、期進入第二減率乾燥期 Mc1，Mc2：第一、二減率期的臨界水分含量(db)Mr1，Mr2：第一、二減率期的殘留水分含量(db)M：第二減率期的水分含量(db)RcMMitMMcRcMcRcMcMitln222ln)1222)(11(1211ln)11(MrMMrMcMrMcMrMcRcMrMcMrMcMrMcRcMrMcRcMciMt38作業作業:乾燥時間的預估乾燥時間的預估乾燥洋蔥的數據如下：乾燥洋蔥的數據如下：(Mi=89.7%)(w.b(Mi=89.7%)(w.b.).)乾物率乾物率=10.3%=10.3%乾燥時間乾燥時間(min)(min)0 010102020303040405050
30、6060707080809090洋蔥重量洋蔥重量(kg)(kg)24.024.017.417.412.912.99.79.77.87.86.26.25.25.24.54.53.73.73.53.5M(dbM(db)8.718.716.046.044.224.222.922.922.162.161.511.511.101.100.820.820.500.500.420.42(a)(a)請分別以乾燥過程中，洋蔥水分含量請分別以乾燥過程中，洋蔥水分含量(乾基重乾基重)與乾燥時間作圖，以求得乾燥曲線。與乾燥時間作圖，以求得乾燥曲線。(b)(b)利用乾燥曲線，將乾燥速率和洋蔥水分含量利用乾燥曲線，將乾燥
31、速率和洋蔥水分含量(乾基重乾基重)作圖。請決定作圖。請決定RcRc、Mc1Mc1、Mc2Mc2、Mr1Mr1、Mr2Mr2，並預估洋蔥乾燥後乾基水分含量並預估洋蔥乾燥後乾基水分含量(M)(M)達達0.50.5時，所時，所需的乾燥時間。需的乾燥時間。39Drying curveCMCConstant drying rate periodFalling drying rate period40食品乾燥之特性食品乾燥之特性 41食品之水分特性食品之水分特性 自由水自由水(free water):(free water):鍵結弱，容易利鍵結弱，容易利用乾燥加熱，而排除。用乾燥加熱，而排除。毛細管水毛細
32、管水(capillary water):(capillary water):組織結合組織結合強度隨著強度隨著AwAw，而增強，導致乾燥困難。，而增強，導致乾燥困難。結合水結合水(bound water):(bound water):與蛋白質及糖類與蛋白質及糖類以氫鍵結合，無法排除水分，但與食品以氫鍵結合，無法排除水分，但與食品儲藏性無關。儲藏性無關。42食品中可溶性成分之擴散食品中可溶性成分之擴散 乾燥初期食品中可溶性成分隨水分蒸發乾燥初期食品中可溶性成分隨水分蒸發散失而往細胞膜移動但由於其不能像水散失而往細胞膜移動但由於其不能像水一樣透過細胞膜造成可溶性成分靠外層一樣透過細胞膜造成可溶性成分
33、靠外層濃度較高細胞中間且體積收縮。濃度較高細胞中間且體積收縮。至乾燥後期食品靠外層可溶性成分由於至乾燥後期食品靠外層可溶性成分由於擴散作用而往細胞中間移動直到二者濃擴散作用而往細胞中間移動直到二者濃度相等為止。度相等為止。43食品乾燥時收縮食品乾燥時收縮 隨水分散失增加而加速食品收縮隨水分散失增加而加速食品收縮乾燥初期收縮最快。乾燥初期收縮最快。44食品乾燥之表面硬化食品乾燥之表面硬化(case hardening)食品在乾燥時表面，因受過度受熱而變食品在乾燥時表面，因受過度受熱而變性而形成一種不透明的硬殼，使熱穿透性而形成一種不透明的硬殼，使熱穿透性差而減緩食品的乾燥速率。性差而減緩食品的乾
34、燥速率。45食品乾燥的原理和機構食品乾燥的原理和機構(mechanism)46乾燥機制乾燥機制乾燥具熱傳及質傳兩種機制乾燥具熱傳及質傳兩種機制熱傳提供食品的蒸發熱或昇華熱熱傳提供食品的蒸發熱或昇華熱質傳分為水分內部擴散和表面蒸發質傳分為水分內部擴散和表面蒸發蒸發速度受熱風濕度、流速、溫度的影蒸發速度受熱風濕度、流速、溫度的影響，若三者維持恆定則在單位時間內單響，若三者維持恆定則在單位時間內單位面積蒸發之水量相同位面積蒸發之水量相同47潛熱和顯熱潛熱和顯熱潛熱潛熱 (latent heat):(latent heat):熱提供相熱提供相(phase)(phase)的變化，的變化，溫度未變。溫度未
35、變。EXEX：冰冰水，水水，水水蒸汽水蒸汽 H=m(Hv-HcH=m(Hv-Hc)Hv Hv:飽和蒸氣的熱焓飽和蒸氣的熱焓 HcHc:飽和水的熱焓飽和水的熱焓 顯熱顯熱 (sensible heat):(sensible heat):溫度變化所需的熱。溫度變化所需的熱。EXEX：2525水水8080水水 H H m Cm Cp p T T m:m:質量質量 C Cp p:比熱比熱 T:T:溫度差溫度差 48乾燥作用與熱乾燥作用與熱熱：提供被乾燥食品的水蒸氣張力和空熱：提供被乾燥食品的水蒸氣張力和空氣中的蒸氣壓力差，兩者之差愈大愈加氣中的蒸氣壓力差，兩者之差愈大愈加速乾燥。速乾燥。提高壓力差的方
36、法：提高壓力差的方法：減低空氣中的水蒸氣壓。減低空氣中的水蒸氣壓。(用吸濕劑、冷凍劑用吸濕劑、冷凍劑)增加被乾燥食品的溫度，增加食品水增加被乾燥食品的溫度，增加食品水分的張力。分的張力。(壓力壓力)49乾燥作用與水分之排除乾燥作用與水分之排除加熱空氣，提高溫度。加熱空氣，提高溫度。(提高熱風乾燥溫度以增加食品中水分的提高熱風乾燥溫度以增加食品中水分的蒸發蒸發)降低空氣中水分分壓，以利擴散。降低空氣中水分分壓，以利擴散。(抽真空抽真空)50如何提高水分的排除如何提高水分的排除?加熱空氣，提高溫度，提高被乾燥食品加熱空氣，提高溫度，提高被乾燥食品水分的蒸氣張力。水分的蒸氣張力。排除以蒸發的水氣，而
37、降低空氣中的水排除以蒸發的水氣，而降低空氣中的水蒸氣壓蒸氣壓(食品水蒸氣壓力食品水蒸氣壓力)。降低系統中水分降低系統中水分:利用吸濕劑或乾燥劑。利用吸濕劑或乾燥劑。51試就食品乾燥之熱量及質量傳送之機制，試就食品乾燥之熱量及質量傳送之機制，說明說明微波真空乾燥微波真空乾燥可加速乾燥之原因。可加速乾燥之原因。(94(94宜大食科所宜大食科所)乾燥具熱傳及質傳，首先食品需要先吸熱，將熱由食乾燥具熱傳及質傳，首先食品需要先吸熱，將熱由食品表面傳至食品內部以提供水分的蒸發熱或冰的昇華品表面傳至食品內部以提供水分的蒸發熱或冰的昇華熱而變成水蒸氣，而食品表面的水蒸氣藉由表面蒸發熱而變成水蒸氣，而食品表面的
38、水蒸氣藉由表面蒸發而傳至乾燥室中。而傳至乾燥室中。另一方面食品內部的水蒸氣，由於濃度的差異故藉由另一方面食品內部的水蒸氣，由於濃度的差異故藉由內部擴散而傳至食品表面，若要加速食品的乾燥速率，內部擴散而傳至食品表面，若要加速食品的乾燥速率，必需加速熱傳和質傳著手。而微波真空乾燥是利用食必需加速熱傳和質傳著手。而微波真空乾燥是利用食品內部的水分子具有高介電常數可吸收微波頻率產生品內部的水分子具有高介電常數可吸收微波頻率產生分子內振動而摩擦生熱，使水分蒸發，此可克服乾燥分子內振動而摩擦生熱，使水分蒸發，此可克服乾燥後期的食品表層由於熱傳導係數較少所造成的熱傳導後期的食品表層由於熱傳導係數較少所造成的
39、熱傳導的障礙，而加速熱傳。的障礙，而加速熱傳。另一方面利用真空減壓可使食品中水分蒸發的溫度降另一方面利用真空減壓可使食品中水分蒸發的溫度降低，減少水分蒸發所需熱量，且又可使乾燥機內的水低，減少水分蒸發所需熱量，且又可使乾燥機內的水分分壓降低，而增加食品表面的水分蒸發速率，故微分分壓降低，而增加食品表面的水分蒸發速率，故微波真空乾燥可加速乾燥。波真空乾燥可加速乾燥。52乾燥過程的食品變質乾燥過程的食品變質 53微生物引起的變化微生物引起的變化原先食品原料的水分含量多，適合微生物生原先食品原料的水分含量多，適合微生物生長，可能於乾燥後仍會殘存，或會形成孢子，長，可能於乾燥後仍會殘存，或會形成孢子，
40、使得復水後的食品中的微生物具有活性，故使得復水後的食品中的微生物具有活性，故原料要符合衛生安全並減少微生物的數量。原料要符合衛生安全並減少微生物的數量。要注意會造成食物中毒的孢子微生物：腊腸要注意會造成食物中毒的孢子微生物：腊腸桿菌桿菌(Bacillus cereusBacillus cereus)、產氣莢膜芽胞梭菌、產氣莢膜芽胞梭菌(Clostridium perfringensClostridium perfringens)及會造成蛋粉、及會造成蛋粉、魚肉粉、乳粉污染的沙門氏菌魚肉粉、乳粉污染的沙門氏菌(SalmonellaSalmonella)。微生物的滅速度通常為一次反應，但需考慮微生
41、物的滅速度通常為一次反應，但需考慮水活性和添加的碳水化合物和溫度的影響。水活性和添加的碳水化合物和溫度的影響。54化學反應化學反應化學反應和成分濃度、溫度和水活性有化學反應和成分濃度、溫度和水活性有關，像葉酸、抗壞血酸、維生素關，像葉酸、抗壞血酸、維生素B1B1、B2B2和葉綠素多為一次反應，而維生素以外和葉綠素多為一次反應，而維生素以外的食品成分亦會有一或二次反應。的食品成分亦會有一或二次反應。The first order reaction:Temperature affecting rate constant(k)by Arrhenius equation(阿瑞尼士方程式阿瑞尼士方程式)
42、:):AkdtAdrAktAAlnln0)/(0RTEaekk)1(lnln0TREakk55食品乾燥的前處理食品乾燥的前處理 56前處理必要性前處理必要性因被乾燥食品含有容易變質的不安定化因被乾燥食品含有容易變質的不安定化學成分時，故在進行乾燥前，需經某些學成分時，故在進行乾燥前，需經某些前處理以防止乾燥進行中的熱變性和貯前處理以防止乾燥進行中的熱變性和貯藏所發生的品質變化。藏所發生的品質變化。乾燥食品的製造的流程為洗淨、調整被乾燥食品的製造的流程為洗淨、調整被乾燥食品乾燥食品前處理前處理置於乾燥裝置中置於乾燥裝置中控制乾燥溫濕度控制乾燥溫濕度取出乾燥製品、選別取出乾燥製品、選別和檢查和檢查
43、包裝包裝 57前處理的目的前處理的目的 為防止乾燥過程中酵素性及非酵素性的為防止乾燥過程中酵素性及非酵素性的品質變質品質變質促進乾燥效果促進乾燥效果並防止貯存時的變質並防止貯存時的變質提高乾燥食品的還原性提高乾燥食品的還原性改善食品的物理性質改善食品的物理性質58前處理可分為四大類前處理可分為四大類 抑制酵素活性的前處理抑制酵素活性的前處理防止乾燥中非酵素的變色和貯藏中變質防止乾燥中非酵素的變色和貯藏中變質的前處理的前處理促進乾燥效率的前處理促進乾燥效率的前處理其他前處理其他前處理59抑制酵素活性的前處理抑制酵素活性的前處理殺菁殺菁(blanching)(blanching)加硫處理加硫處理(
44、sulfuring)(sulfuring)60殺菁殺菁殺菁的主要目的為酵素不活性，組織軟化，除殺菁的主要目的為酵素不活性，組織軟化，除去澀味和蠟質、洗滌，易會使維生素去澀味和蠟質、洗滌，易會使維生素C C流失。流失。有三種：熱水殺菁有三種：熱水殺菁(90-100(90-100煮煮2-102-10分分)、蒸氣、蒸氣處理或微波瞬間加熱使酵素不活性化再將食品處理或微波瞬間加熱使酵素不活性化再將食品移入冷水槽中迅速冷卻。移入冷水槽中迅速冷卻。維生素維生素C C流失率為熱水殺菁流失率為熱水殺菁 蒸氣殺菁蒸氣殺菁 微波瞬微波瞬間加熱殺菁間加熱殺菁可在熱水中可入氯化鈣和重合磷酸鹽可調整原可在熱水中可入氯化鈣
45、和重合磷酸鹽可調整原料的硬度和咀嚼性。料的硬度和咀嚼性。61加硫處理加硫處理被乾燥食品放入密閉的燻硫蒸氣中，燃被乾燥食品放入密閉的燻硫蒸氣中，燃以為乾燥食品重量的以為乾燥食品重量的0.1%-0.4%0.1%-0.4%的硫黃使的硫黃使二氧化硫充滿密閉室中二氧化硫充滿密閉室中3030分至分至5 5小時。小時。或浸漬於或浸漬於0.2-0.6%0.2-0.6%的亞硫酸鹽溶液數小的亞硫酸鹽溶液數小時。時。62加硫處理防止褐變的機制加硫處理防止褐變的機制 因為二氧化硫的作用為溶於食品的水中因為二氧化硫的作用為溶於食品的水中形成亞硫酸形成亞硫酸具有強還原力可阻止酵素性和非酵素性具有強還原力可阻止酵素性和非酵
46、素性褐變作用褐變作用可使細胞內的原形質分離，以增進細胞可使細胞內的原形質分離，以增進細胞膜的水分滲透性而易乾燥膜的水分滲透性而易乾燥可防止維生素的損失可防止維生素的損失防止腐敗和蟲害防止腐敗和蟲害63金針的製造及二氧化硫殘留量金針的製造及二氧化硫殘留量金針乾製品的製作：新鮮金針金針乾製品的製作：新鮮金針亞硫酸亞硫酸鹽浸泡鹽浸泡日晒日晒燻硫燻硫熱風乾燥熱風乾燥包裝包裝儲藏儲藏(溫度、光照、密閉溫度、光照、密閉)一般乾燥食品的二氧化硫殘留量標準為一般乾燥食品的二氧化硫殘留量標準為500ppm 500ppm 以下，金針為以下，金針為4000ppm 4000ppm 以下以下64避免食品酵素性褐變的方法
47、避免食品酵素性褐變的方法破壞酵素作用，像：殺菁，置於鹽水。破壞酵素作用，像：殺菁，置於鹽水。隔絕或去除氧氣，像：置於水，維生素隔絕或去除氧氣，像：置於水，維生素C C溶液，塗糖液，利用惰性氣體、脫氧溶液，塗糖液，利用惰性氣體、脫氧劑。劑。添加還原劑，像：亞硫酸溶液，維生素添加還原劑，像：亞硫酸溶液，維生素C C。調整酸度。調整酸度。65防止乾燥中非酵素的變色和貯藏防止乾燥中非酵素的變色和貯藏中變質的前處理中變質的前處理 添加添加亞硫酸鹽亞硫酸鹽以防止梅納反應以防止梅納反應添加添加抗壞血酸、異抗壞血酸或食鹽抗壞血酸、異抗壞血酸或食鹽添加添加0.01-0.05%0.01-0.05%氯化鋁氯化鋁溶液
48、溶液添加添加半胱胺酸的鹽酸鹽半胱胺酸的鹽酸鹽(cysteine HCl(cysteine HCl)可防止蘋果、香蕉的褐變可防止蘋果、香蕉的褐變添加添加5-10%5-10%酵母或葡萄糖氧化酵素酵母或葡萄糖氧化酵素以除以除去魚肉及蛋類中去魚肉及蛋類中0.5-2%0.5-2%碳水化合物碳水化合物(肝肝醣醣)所引起的褐變。所引起的褐變。66防止油脂和脂溶性成分氧化防止油脂和脂溶性成分氧化熱風乾燥、滾筒乾燥、噴霧乾燥和油炸熱風乾燥、滾筒乾燥、噴霧乾燥和油炸乾燥在高溫進行會擴大氧化表面積造成乾燥在高溫進行會擴大氧化表面積造成脂肪氧化和維生素脂肪氧化和維生素A A氧化。氧化。真空乾燥和冷凍乾燥雖然乾燥溫度低
49、，真空乾燥和冷凍乾燥雖然乾燥溫度低，但乾燥製品多為多孔質，會使氧化表面但乾燥製品多為多孔質，會使氧化表面積擴大，造成貯藏時脂溶性成分氧化。積擴大，造成貯藏時脂溶性成分氧化。防止油脂氧化的方法可添加防止油脂氧化的方法可添加抗氧化劑抗氧化劑(浸浸漬漬0.1%-0.5%BHA0.1%-0.5%BHA、BHT)BHT)、添加、添加抗壞血酸、抗壞血酸、異抗壞血酸、維生素異抗壞血酸、維生素E E或重合磷酸鹽或重合磷酸鹽會有會有相乘作用。相乘作用。67促進乾燥效率的前處理促進乾燥效率的前處理 利用利用0.5-1%0.5-1%氫氧化鈉或碳酸鈉氫氧化鈉或碳酸鈉將水果浸將水果浸漬漬5-205-20秒，再水洗可破壞
50、果皮組織，加秒，再水洗可破壞果皮組織，加速乾燥速度，例如除去李子、櫻桃、葡速乾燥速度，例如除去李子、櫻桃、葡萄的果皮的蠟質和角質層。萄的果皮的蠟質和角質層。將蘋果、桃子等多孔質水果浸漬於將蘋果、桃子等多孔質水果浸漬於單甘單甘油酯的界面活性劑油酯的界面活性劑，會加速乾燥。，會加速乾燥。可用可用針戳針戳豌豆、櫻桃、金柑蜜餞的孔以豌豆、櫻桃、金柑蜜餞的孔以加速乾燥。加速乾燥。68促進乾燥效率的前處理促進乾燥效率的前處理(續續)在果汁中加入在果汁中加入氫氧化鈣和碳酸鈣氫氧化鈣和碳酸鈣使其充使其充分起泡以縮短乾燥時間。分起泡以縮短乾燥時間。將液狀食品如果汁、咖啡、豆漿等食品將液狀食品如果汁、咖啡、豆漿等
