1、2023-2-6第二章食品的脱水加工1食品工艺学第二章食品的脱水加工第二章食品的脱水加工1食品工艺学食品工艺学第二章食品的脱水加工1食品工艺学概述概述1.食品的脱水加工（食品的脱水加工（dehydration）1.1 脱水加工就是从食品中去除水分脱水加工就是从食品中去除水分 日常生活中如日晒稻谷日常生活中如日晒稻谷,风干鱼肉风干鱼肉,油炸油油炸油条条,烤烧饼、面包等烤烧饼、面包等,这些加工都会使食品失这些加工都会使食品失去水分去水分,但是有些操作并不仅仅是为了去除水分但是有些操作并不仅仅是为了去除水分,应还有其他的作用应还有其他的作用,如如油炸油炸是为了是为了脆脆,烤烤是为是为了香了香脆或酥脆
2、或酥,因而人们不认为这些操作是食因而人们不认为这些操作是食品脱水的一种主要形式品脱水的一种主要形式.第二章食品的脱水加工1食品工艺学1.2 脱水加工的类型脱水加工的类型 依据依据脱水的程度脱水的程度,脱水加工可以分为两种类型脱水加工可以分为两种类型:产品是液态，其中水分含量较高产品是液态，其中水分含量较高15%15%浓缩浓缩(concentration)。如浓缩果汁如浓缩果汁4070%产品是固体，最终水分含量低产品是固体，最终水分含量低15%15%干干燥燥(drying)。如桔子粉如桔子粉,奶粉奶粉,粉状咖啡粉状咖啡第二章食品的脱水加工1食品工艺学依据依据食品脱水的原理食品脱水的原理 食品脱水
3、加工类型食品脱水加工类型:u在常温下或真空下在常温下或真空下加热加热让水分让水分蒸发蒸发，依据食，依据食品组分的品组分的蒸汽压不同蒸汽压不同而分离去除水分至固体而分离去除水分至固体或半固体；或半固体；如干燥或干制如干燥或干制u依据食品依据食品分子大小分子大小不同，用不同，用膜膜来来分离分离水分水分;如超滤、反渗透等如超滤、反渗透等,主要是用于浓缩主要是用于浓缩 第二章食品的脱水加工1食品工艺学超滤浓缩原理超滤浓缩原理分子筛分子筛的原理：不同大小的分子对具有一定的原理：不同大小的分子对具有一定孔径大小的膜其通透性不同，小分子比大分孔径大小的膜其通透性不同，小分子比大分子更容易通过膜，水分子是食品
4、中最小的分子更容易通过膜，水分子是食品中最小的分子之一，用适当孔径的膜在外加压力下，就子之一，用适当孔径的膜在外加压力下，就可以实现浓缩，可以实现浓缩，特点是冷操作，蛋白质不会变性；特点是冷操作，蛋白质不会变性；如从乳清中回收乳清蛋白；如从乳清中回收乳清蛋白；第二章食品的脱水加工1食品工艺学在本章中所讨论的食品脱水加工是指在本章中所讨论的食品脱水加工是指:在控制的条件下在控制的条件下,通过通过加热蒸发加热蒸发脱脱水的方法，几乎完全地除去食品中的水的方法，几乎完全地除去食品中的大部分水分大部分水分,并尽量使食品的其他性质并尽量使食品的其他性质在此过程中极小地发生变化，食品被在此过程中极小地发生变
5、化，食品被脱水后水分含量在脱水后水分含量在15%以下以下,即即干燥或干燥或干制干制。第二章食品的脱水加工1食品工艺学2.干燥的目的干燥的目的降低食品中水分含量降低食品中水分含量;一般由一般由5090%减为减为15%以以下下减小食品体积和重量减小食品体积和重量;一般重量变为原来的一般重量变为原来的1/81/2左右，节省包装、贮藏和运输费用，带来左右，节省包装、贮藏和运输费用，带来了方便性；了方便性；为了食品的贮藏和为了食品的贮藏和延长保藏期延长保藏期;这就是干燥保藏这就是干燥保藏 例如奶粉、粮食干燥、许多著名的土特产如红枣、例如奶粉、粮食干燥、许多著名的土特产如红枣、柿饼、葡萄干、金花菜、香菇、
6、笋干等都是干制柿饼、葡萄干、金花菜、香菇、笋干等都是干制品品第二章食品的脱水加工1食品工艺学3.食品干燥保藏食品干燥保藏是指在自然条件或人工控制条件下，使食品是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可进行长期贮藏的方法。并始终保持低水分可进行长期贮藏的方法。这样的干制食品在室温下一般可达到一这样的干制食品在室温下一般可达到一年或一年以上年或一年以上这种方法是从自然界各种现象中认识和从实这种方法是从自然界各种现象中认识和从实践中得到的，如稻谷、践中得到的，如稻谷、麦子、玉米、豆类、麦子、玉米、豆类、水果、蔬
7、菜等。水果、蔬菜等。第二章食品的脱水加工1食品工艺学 4.食品干藏的历史食品干藏的历史 是一种最古老的食品保藏方法。是一种最古老的食品保藏方法。我国北魏在我国北魏在齐民要术齐民要术一书中记载用一书中记载用阴干阴干加工加工肉脯的方法。肉脯的方法。在在本草纲目本草纲目中，用中，用晒干晒干制桃干的方法。制桃干的方法。大批量生产的干制方法是在大批量生产的干制方法是在1795年法国，将年法国，将片状蔬菜堆放在室内，通入片状蔬菜堆放在室内，通入40热空气进行热空气进行干燥，这就是早期的干燥保藏方法，差不多干燥，这就是早期的干燥保藏方法，差不多与罐头食品生产技术与罐头食品生产技术(1810年）同时出现。年）
8、同时出现。第二章食品的脱水加工1食品工艺学5.食品干藏的特点食品干藏的特点自然干制，简单易行、因陋就简、生产费用自然干制，简单易行、因陋就简、生产费用低；但时间长、受气候条件影响；低；但时间长、受气候条件影响；人工干制，不受气候条件限制，操作易于控人工干制，不受气候条件限制，操作易于控制，干制时间显著缩短，产品质量显著提高；制，干制时间显著缩短，产品质量显著提高；但需要专用设备，能耗大，干制费用大；但需要专用设备，能耗大，干制费用大；人工干制技术仍在发展，高效节能人工干制技术仍在发展，高效节能第二章食品的脱水加工1食品工艺学在现代食品工业中干燥（或干制）不仅是一在现代食品工业中干燥（或干制）不
9、仅是一种食品加工方法，并已发展成为食品加工中种食品加工方法，并已发展成为食品加工中的一种重要的一种重要保藏方法保藏方法在果蔬、肉类、水产、乳品、粮食、淀粉、在果蔬、肉类、水产、乳品、粮食、淀粉、固体饮料、食品添加剂等各类食品中被大量固体饮料、食品添加剂等各类食品中被大量广泛应用。广泛应用。第二章食品的脱水加工1食品工艺学第一节第一节 食品干藏原理食品干藏原理长期以来人们已经知道食品的腐败变质长期以来人们已经知道食品的腐败变质 与与食品中水分含量（食品中水分含量（M）具有一定的关）具有一定的关 系。系。但仅仅知道食品中的水分含量还不能足以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。预言
10、食品的稳定性。如：如：水分含量高低不同时水分含量高低不同时 花生油花生油 M 0.6时时 易变质易变质 淀粉淀粉 M 20 不易变质不易变质 第二章食品的脱水加工1食品工艺学还有一些食品具有还有一些食品具有相同水分含量相同水分含量，但，但腐败腐败变变质的情况是明显质的情况是明显不同不同的的.如鲜肉与咸肉、鲜菜与咸菜水分含量相差如鲜肉与咸肉、鲜菜与咸菜水分含量相差不多（一般在不多（一般在80%左右），但保藏状况却不左右），但保藏状况却不同，同，这就存在一个食品中水能否被微生物、酶或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；化学反应所利用的问题；水是否被利用与水是否被利用与水在食
11、品中的存在状态水在食品中的存在状态有关。有关。第二章食品的脱水加工1食品工艺学食品中水分存在的形式食品中水分存在的形式游离水（或自由水）游离水（或自由水）Free water 是指组织细胞中易流动、容易结冰，也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。能溶解溶质的这部分水。结合水（或被束缚水）结合水（或被束缚水）Immobilized water 是指不易流动、有结合力固定、不易结是指不易流动、有结合力固定、不易结冰（冰（40），不能作为溶剂；），不能作为溶剂；第二章食品的脱水加工1食品工艺学游离水和结合水可游离水和结合水可用水分子的逃逸趋用水分子的逃逸趋势势（逸度）来反映，（逸
12、度）来反映，我们把食品中水的逸度与纯水的逸度我们把食品中水的逸度与纯水的逸度之比称为之比称为水分活度水分活度 AW（water activity)第二章食品的脱水加工1食品工艺学1.水分活度水分活度 f 食品中水的逸度食品中水的逸度 Aw =f0 纯水的逸度纯水的逸度水分逃逸的趋势通常可以近似地用水的水分逃逸的趋势通常可以近似地用水的蒸汽蒸汽压压来表示，在常压（低压）或室温时，来表示，在常压（低压）或室温时，f/f0 和和P/P0之差非常小（之差非常小（1%），故用），故用P/P0来定来定义义AW是合理的。是合理的。第二章食品的脱水加工1食品工艺学 (1)定义定义 Aw=P/P0其中其中 P：
13、食品中水的蒸汽分压；：食品中水的蒸汽分压；P0：纯水的蒸汽压（相同温度下纯水：纯水的蒸汽压（相同温度下纯水的饱和蒸汽压）。的饱和蒸汽压）。P/P0=RH=Aw （RH,relative humidity 相对湿度相对湿度%）测定相对湿度，水分活度测定仪测定相对湿度，水分活度测定仪第二章食品的脱水加工1食品工艺学水分活度数值的意义水分活度数值的意义Aw=1的水就是自由水的水就是自由水(或纯水）或纯水）,可以被利用可以被利用的水；的水；Aw 1的水就是指水被结合力固定，数值的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；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越小则指水被结
14、合的力就越大,水被利用水被利用的程度就越难；的程度就越难；水分活度小的水是难以或不水分活度小的水是难以或不可利用的水；可利用的水；第二章食品的脱水加工1食品工艺学(2)水分活度大小的影响因素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、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：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；取决于水存在的量；温度；温度；水中溶质的种类和浓度；水中溶质的种类和浓度；食品成分或物化特性；食品成分或物化特性；水与非水部分结合的强度水与非水部分结合的强度 见表见表2-2(P26)第二章食品的脱水加工1食品工艺学表表2-
15、2 常见食品中水分含量与水分活度的关系常见食品中水分含量与水分活度的关系0-10-20-50第二章食品的脱水加工1食品工艺学 2.水分活度对食品保藏性的影响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）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）水分活度对酶活力的影响 （3）水分活度对化学反应的影响）水分活度对化学反应的影响 第二章食品的脱水加工1食品工艺学u大多数新鲜食品的水分活大多数新鲜食品的水分活度在度在0.98以上，适合各种微以上，适合各种微生物生长（生物生长（易腐食品易腐食品）。大）。大多数重要的食品腐败细菌所多数重要的食品腐败细菌所需的最低需的最低
16、aw都在都在0.9以上，以上，肉毒杆菌在低于肉毒杆菌在低于0.95就不能就不能生长。只有当水分活度降到生长。只有当水分活度降到0.75以下，食品的腐败变质以下，食品的腐败变质才显著减慢；若将水分降到才显著减慢；若将水分降到0.65，能生长的微生物极少。，能生长的微生物极少。一般认为，水分活度降到一般认为，水分活度降到0.7以下物料才能在室温下以下物料才能在室温下进行较长时间的贮存。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）水分活度和微生物生长活动的关系第二章食品的脱水加工1食品工艺学食品中水分活度与微生物生长关系（表）食品中水分活度与微生物生长关系（表）第二章食品的脱水加工1食
17、品工艺学Aw0.85微生物生长受抑制。水分活度较微生物生长受抑制。水分活度较高的情况下微生物繁殖迅速，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水分活度对细菌生长及毒素的产生的影响第二章食品的脱水加工1食品工艺学0.20.40.60.81.0AwAw0.65霉菌被抑制，在霉菌被抑制，在0.9左右霉菌生长最左右霉菌生长最旺盛。旺盛。水分活度对霉菌生长的影响水分活度对霉菌生长的影响第二章食品的脱水加工1食品工艺学0.20.40.60.8Aw呈倒呈倒S型，开始随水分活度增大上升迅速，到型，开始随水分活度增大上升迅速，到0.3左右后左右后变得比较平缓，当水分活度上升到变得比较平缓，
18、当水分活度上升到0.6以后，随水分活度以后，随水分活度的增大而迅速提高。的增大而迅速提高。Aw0.15才能抑制酶活性才能抑制酶活性（2）水分活度对酶活力的影响）水分活度对酶活力的影响第二章食品的脱水加工1食品工艺学0.20.40.6Aw0.8Aw在在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。当水分超过离子发生水化作用，从而显著地降低
19、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。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）水分活度对氧化反应的影响第二章食品的脱水加工1食品工艺学0.20.40.60.8Aw水分活度对褐变反应的影响水分活度对褐变反应的影响第二章食品的脱水加工1食品工艺学3 食品中水分含量（食品中水分含量（M）与）与 水分活度水分活度Aw之间的关系之间的关系 食品中水分含量（食品中水分含量（M）与水分活度之间的关系曲线）与水分活度之间的关
20、系曲线称为该食品的吸附等温线称为该食品的吸附等温线(1)水分吸附等温线，水分吸附等温线，BET吸附等温线，吸附等温线，S形形,第一转折点前第一转折点前(水分含量水分含量 5%),单分子层吸附水单分子层吸附水(I 单层水分单层水分);第一转折点与第二转折点之间第一转折点与第二转折点之间,多分子层吸附水多分子层吸附水(II多层水分多层水分);第二转折点之后第二转折点之后,在食品内部的毛细管内或间隙内凝结的在食品内部的毛细管内或间隙内凝结的游离游离水水(III自由水或体相水自由水或体相水)第二章食品的脱水加工1食品工艺学（）多层水，主要）多层水，主要通过水通过水-水和水水和水-溶质溶质氢键同相邻分子
21、缔合，氢键同相邻分子缔合，为可溶性组分的溶液，为可溶性组分的溶液，大部分多层水在大部分多层水在-40不被冻结，不被冻结，I+II的水的水占占5%以下以下（）自由水或体相水，是食）自由水或体相水，是食品中结合的最弱，流动性最大品中结合的最弱，流动性最大的水，主要是在细胞体系或凝的水，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，这种水很被物理性截留的水，这种水很易通过干燥除去或易结冰，可易通过干燥除去或易结冰，可作为溶剂，容易被酶和微生物作为溶剂，容易被酶和微生物利用，食品容易腐败，通常占利用，食品容易腐败，通常占95%以上；以上；（）单分子层水，）单
22、分子层水，不能被冰冻，不能干不能被冰冻，不能干燥除去。水被牢固地燥除去。水被牢固地吸附着，它通过水吸附着，它通过水-离子或水离子或水-偶极相互偶极相互作用被吸附到食品可作用被吸附到食品可接近的极性部位如多接近的极性部位如多糖的羟基、羰基、糖的羟基、羰基、NH2，氢键，当所有，氢键，当所有的部位都被吸附水所的部位都被吸附水所占有时，此时的水分占有时，此时的水分含量被称为单层水分含量被称为单层水分含量，含量，-40不能冻不能冻结，占总水量的极小结，占总水量的极小部分。部分。第二章食品的脱水加工1食品工艺学吸附等温线的加工意义吸附等温线的加工意义I单水分子层区和单水分子层区和II多水分子层区是食品被
23、多水分子层区是食品被干燥后达到的干燥后达到的最终平衡水分最终平衡水分（一般在（一般在5%以以内）；这也是干制食品的内）；这也是干制食品的吸湿区；吸湿区；III自由水层区，物料处于自由水层区，物料处于潮湿潮湿状态，高水状态，高水分含量，是分含量，是脱水干制区脱水干制区第二章食品的脱水加工1食品工艺学(2)温度对水分吸附等温线的影响温度对水分吸附等温线的影响同一原料随着温度的升高吸附等温曲线向水同一原料随着温度的升高吸附等温曲线向水分活度增加的方向抬升；分活度增加的方向抬升；图图2-4(p28)相同水分含量，水分活度随温度增高而增大相同水分含量，水分活度随温度增高而增大 相同水分活度，水分含量随温
24、度降低增大。相同水分活度，水分含量随温度降低增大。第二章食品的脱水加工1食品工艺学第二章食品的脱水加工1食品工艺学（3）不同食品吸附等温曲线形状不同）不同食品吸附等温曲线形状不同食品的组分或成分不同食品的组分或成分不同,会影响水分含量和水会影响水分含量和水分活度之间的关系分活度之间的关系 图图1-3-1第二章食品的脱水加工1食品工艺学第二章食品的脱水加工1食品工艺学(4)加工对食品水分吸附等温线的影响加工对食品水分吸附等温线的影响食品在脱水过程中水分含量和水分活度之间的关系食品在脱水过程中水分含量和水分活度之间的关系就是水分解吸的过程，为就是水分解吸的过程，为解吸解吸的吸附等温线；的吸附等温线
25、；若将脱水后的食品再将这部分水加到食品中去即复若将脱水后的食品再将这部分水加到食品中去即复水的过程，这就是水的过程，这就是吸附吸附；在这两个相反的过程中，吸附和解吸之间的水分吸在这两个相反的过程中，吸附和解吸之间的水分吸附等温线两者之间不能重合（有差异），形成了附等温线两者之间不能重合（有差异），形成了滞滞后圈。后圈。见图见图2-5(p28)第二章食品的脱水加工1食品工艺学滞后现象的几种解释滞后现象的几种解释（1）这种现象是由于多孔食品中）这种现象是由于多孔食品中毛细管力所引起的，即表面张力毛细管力所引起的，即表面张力在干燥过程中起到在孔中持水的在干燥过程中起到在孔中持水的作用，产生稍高的水分
26、含量。作用，产生稍高的水分含量。（2）另一种假设是在获得水或失）另一种假设是在获得水或失去水时，体积膨胀或收缩引起吸去水时，体积膨胀或收缩引起吸收曲线中这种可见的滞后现象收曲线中这种可见的滞后现象。？解吸：解吸：（desorption）干）干燥过程燥过程吸附：（吸附：（sorption）复水过程复水过程WHC第二章食品的脱水加工1食品工艺学意义意义吸附和解吸有滞后圈，说明干制食品与水的吸附和解吸有滞后圈，说明干制食品与水的结合力下降或减弱了。结合力下降或减弱了。解吸和吸附的过程在食品加工中就是干燥和解吸和吸附的过程在食品加工中就是干燥和复水的过程，这也是干制食品的复水性为什复水的过程，这也是干
27、制食品的复水性为什么下降的原因。么下降的原因。注意注意:即使在最简单的条件下即使在最简单的条件下,也难于根据基也难于根据基本原理来预测食品的吸附和解吸等温线本原理来预测食品的吸附和解吸等温线,这说这说明还没有完全了解所有的相互作用机制明还没有完全了解所有的相互作用机制.第二章食品的脱水加工1食品工艺学思考题 1 水分活度的概念水分活度的概念 2 食品中水分含量和水分活度有什么关系？食品中水分含量和水分活度有什么关系？说明原因说明原因 3 水分活度对微生物、酶及其它反应有什么水分活度对微生物、酶及其它反应有什么影响？影响？4 食品水分活度受到哪些因素影响食品水分活度受到哪些因素影响?5 简述吸附
28、和解吸等温线的差异及原因。简述吸附和解吸等温线的差异及原因。第二章食品的脱水加工1食品工艺学第二节第二节 食品干燥机制食品干燥机制一、干燥机制一、干燥机制二、干制过程的特性二、干制过程的特性三、影响干制的因素三、影响干制的因素 第三节第三节 干制对食品品质的影响干制对食品品质的影响一、干制过程中食品的主要变化一、干制过程中食品的主要变化二、干制品的复原性和复水性二、干制品的复原性和复水性三、干制品的贮藏水分含量三、干制品的贮藏水分含量四、合理选用干制工艺条件四、合理选用干制工艺条件第二章食品的脱水加工1食品工艺学一、一、干制机制干制机制干制是指食品在干制是指食品在热空气中受热蒸发后热空气中受热
29、蒸发后进行脱进行脱水的过程水的过程在干燥时存在两个过程：在干燥时存在两个过程：食品中水分子从内部迁移到与干燥空气接触食品中水分子从内部迁移到与干燥空气接触的表面（内部转移），当水分子到达表面，的表面（内部转移），当水分子到达表面，根据空气与表面之间的蒸汽压差，水分子就根据空气与表面之间的蒸汽压差，水分子就立即转移到空气中（外部转移）立即转移到空气中（外部转移）水分质水分质量转移；量转移；热空气中的热量从空气传到食品表面，由表热空气中的热量从空气传到食品表面，由表面再传到食品内部面再传到食品内部热量传递；热量传递；干燥时食品水分质量转移和热量传递的模型干燥时食品水分质量转移和热量传递的模型第二章
30、食品的脱水加工1食品工艺学一、干制机制干制机制 Food H2O（2）温度梯度）温度梯度T食品在热空气中，食品表面受食品在热空气中，食品表面受热高于它的中心，因而在物料热高于它的中心，因而在物料内部会建立一定的温度差，即内部会建立一定的温度差，即温度梯度温度梯度。温度梯度将促使水。温度梯度将促使水分（无论是液态还是气态）从分（无论是液态还是气态）从高温向低温处转移。这种现象高温向低温处转移。这种现象称为称为导湿温性导湿温性。表面水分扩散到空气中内部水分转移到表面（1）水分梯度）水分梯度M干制过程中潮湿食品表面水分受热后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，首先有液态
31、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，即湿含量低，出现水分含量的差异，即存在存在水分梯度水分梯度。水分扩散一般总是从。水分扩散一般总是从高水分处向低水分处扩散，亦即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。这种水分内部不断向表面方向移动。这种水分迁移现象称为迁移现象称为导湿性导湿性。MM-MTT-T第二章食品的脱水加工1食品工艺学1.导湿性导湿性 （1）水分梯度水分梯度 若用若用M 表示表示等湿面等湿面湿含量或水分含量湿含量或水分含量
32、（kg/kg干物质），则沿法线方向相距干物质），则沿法线方向相距n的另一等湿面上的湿含量为的另一等湿面上的湿含量为M+M，那么物体内的水分梯度那么物体内的水分梯度grad M 则为：则为：gradM=lim（M/n）=M/n n0M 物体内的湿含量，物体内的湿含量，kg/kg干物质干物质n物料内等湿面间的垂直距离（物料内等湿面间的垂直距离（m）I 水分减少的方向水分减少的方向ngrad MI图图 湿度梯度影响下水分的流向湿度梯度影响下水分的流向M+M M第二章食品的脱水加工1食品工艺学 导湿性引起的导湿性引起的水分转移量水分转移量可按照下述公式可按照下述公式求得：求得：I水水=-K0（M/n）
33、=-K 0 M（Kg/m2h）其中：其中：I水水 物料内水分转移量，单位时间内单位面积物料内水分转移量，单位时间内单位面积 上的水分转移量（上的水分转移量（kg/m2h）K 导湿系数（导湿系数（m2/h）0 单位潮湿物料容积内绝对干物质重量单位潮湿物料容积内绝对干物质重量 （kg/m3）M 物料水分（物料水分（kg/kg干物质）干物质）“”负号表示水分转移的方向与水分梯度的方向相负号表示水分转移的方向与水分梯度的方向相反；反；第二章食品的脱水加工1食品工艺学 需要注意的一点是：需要注意的一点是：导湿系数导湿系数K在干燥过程中并非稳定不变，在干燥过程中并非稳定不变，它随着物料它随着物料水分含量水
34、分含量和和温度温度而异。而异。K与水分含量的关系见图与水分含量的关系见图K与物料温度的关系见图与物料温度的关系见图第二章食品的脱水加工1食品工艺学（2）物料水分含量与导湿系数间的关系）物料水分含量与导湿系数间的关系A.K值的变化比较复杂。当值的变化比较复杂。当物料在水分含量高（物料在水分含量高（III区）区）时，排除的水分基本上为时，排除的水分基本上为自由水，以自由水，以液体状态液体状态转移，转移，导湿系数稳定不变（导湿系数稳定不变（ED段）；到段）；到II区时，排除的区时，排除的水分基本上是渗透水分时，水分基本上是渗透水分时，水分以水分以液体液体状态和以状态和以蒸汽蒸汽状态转移，导湿系数下降
35、状态转移，导湿系数下降（DC段）；在段）；在I区再进一区再进一步排除的水分则为吸附水步排除的水分则为吸附水分，基本上以分，基本上以蒸汽蒸汽状态扩状态扩散转移，先为多分子层水散转移，先为多分子层水分，后为单分子层水分。分，后为单分子层水分。因结合力强，故因结合力强，故K先上升先上升后下降（后下降（CA段）段）导湿系数K（m/h）物料水分M（kg/kg干物质）ACDE物料水分含量和导湿系数间的关系物料水分含量和导湿系数间的关系 吸附水分（单、多层水）吸附水分（单、多层水）渗透水分渗透水分毛细管水分毛细管水分第二章食品的脱水加工1食品工艺学B.导湿系数与物料温度的关系导湿系数与物料温度的关系K与温度
36、指数成正与温度指数成正比比 启示：启示：若将导湿性小的物若将导湿性小的物料在干制前加以料在干制前加以预预热热，以增大导湿系，以增大导湿系数，就能显著地加数，就能显著地加速干制过程。速干制过程。为此，常在为此，常在饱和湿饱和湿空气中加热空气中加热，以免，以免物料表面水分蒸发物料表面水分蒸发形成硬膜，而影响形成硬膜，而影响水分转移。水分转移。导湿系数（导湿系数（K102）K102=(T/290)14温度（温度（）图图 硅酸盐类物质温度和硅酸盐类物质温度和导湿系数的关系导湿系数的关系第二章食品的脱水加工1食品工艺学2.导湿温性导湿温性干燥干燥时，物料表面受热高于它的中心，时，物料表面受热高于它的中心
37、，因而在物料内部会建立一定的因而在物料内部会建立一定的温度梯度温度梯度。温度梯度将促使水分（不论液态或气态）温度梯度将促使水分（不论液态或气态）从从高温处向低温处转移高温处向低温处转移。这种现象称为。这种现象称为导湿温性导湿温性。导湿温性是在许多因素影响下产生的复导湿温性是在许多因素影响下产生的复杂现象杂现象第二章食品的脱水加工1食品工艺学高温将促使液体粘度和高温将促使液体粘度和它的表面张力下降，但它的表面张力下降，但将促使水蒸汽压上升，将促使水蒸汽压上升，高温区水蒸汽压高温区水蒸汽压 大于大于低温区；低温区；此外，高温区毛细管内此外，高温区毛细管内水分还将受到挤压空气水分还将受到挤压空气扩张
38、的影响，结果使毛扩张的影响，结果使毛细管内水分顺着细管内水分顺着热流方热流方向向转移。转移。导湿温性成为导湿温性成为阻碍因素阻碍因素+/nI内表面图 温度梯度下水分的流向n第二章食品的脱水加工1食品工艺学（1）温度梯度）温度梯度导湿温性引起水分转移的流量将和温度梯度成导湿温性引起水分转移的流量将和温度梯度成正比，它的流量可通过下式计算求得：正比，它的流量可通过下式计算求得：I温温=-K0（/n）其中：其中：I温温 物料内水分转移量，单位时间内单位面积物料内水分转移量，单位时间内单位面积 上的水分转移量（上的水分转移量（kg/m2h）K 导湿系数（导湿系数（m2/h）0 单位潮湿物料容积内绝对干
39、物质重量单位潮湿物料容积内绝对干物质重量 （kg/m3）湿物料的导湿温系数（湿物料的导湿温系数（1/)(温度梯度为温度梯度为1 时引起物料水分转移距离）时引起物料水分转移距离）“”表示水分转移和温度梯度方向相反；表示水分转移和温度梯度方向相反；第二章食品的脱水加工1食品工艺学（2）导湿温系数）导湿温系数 就是温度梯度为就是温度梯度为1/m时物料内部能建立的水分梯度，即时物料内部能建立的水分梯度，即 M =-n n导湿温系数和导湿系数一导湿温系数和导湿系数一样，会因物料水分的差异样，会因物料水分的差异（即物料和水分结合状态）（即物料和水分结合状态）而变化。而变化。导湿温系数和物料水分的导湿温系数
40、和物料水分的关系见图关系见图导湿温系数（1/）OAB物料水分M（%）第二章食品的脱水加工1食品工艺学在水分含量高的时候，在水分含量高的时候，自由水是以液体状自由水是以液体状态流动，因而导湿温性不以物料水分含量态流动，因而导湿温性不以物料水分含量而发生变化（曲线而发生变化（曲线），但因受物料内挤，但因受物料内挤压空气的影响导致湿温性下降（曲线压空气的影响导致湿温性下降（曲线）在水分含量达到在水分含量达到B点后，点后，是随着是随着M的减的减少而变小；少而变小；（I）逐渐减小，物料是以逐渐减小，物料是以气态气态扩散，主扩散，主要是吸附水分要是吸附水分 （2）最高值是最高值是吸附水和自由水分吸附水和自
41、由水分的分界的分界点点第二章食品的脱水加工1食品工艺学3.干制水分总量干制水分总量 干制过程中，湿物料内部同时会有水分干制过程中，湿物料内部同时会有水分梯度和温度梯度存在，因此，水分的总流量梯度和温度梯度存在，因此，水分的总流量是由导湿性和导湿温性共同作用的结果是由导湿性和导湿温性共同作用的结果。I总总=I湿湿+I温温两者方向相反时：两者方向相反时：I总总=I湿湿 I温温 第二章食品的脱水加工1食品工艺学 当当I湿湿 I温温 以导湿性为主，物料水分将按照水分减以导湿性为主，物料水分将按照水分减少方向转移；导湿温性为次要因素；少方向转移；导湿温性为次要因素；当当I湿湿 I温温 水分随热流方向转移
42、（并向物料水分增水分随热流方向转移（并向物料水分增加方向发展），水分扩散则受阻。加方向发展），水分扩散则受阻。如：烤面包的初期如：烤面包的初期 湿面团在烤箱湿面团在烤箱180220，建立温度梯，建立温度梯度，度，面包水分含量约面包水分含量约40%第二章食品的脱水加工1食品工艺学二、二、干制过程的特性干制过程的特性 食品在干制过程中，食品水分含量逐食品在干制过程中，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。品温度也在不断上升。1.干燥曲线干燥曲线（1）水分含量曲线水分含量曲线（2）干燥速率曲线干燥速率曲线（3）食品温度曲线食品温度曲
43、线第二章食品的脱水加工1食品工艺学（1）水分含量曲线）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干燥初始时，食品被预热，食品水分在短暂的平衡后（衡后（AB段），出现快速下降，几乎是直线下降段），出现快速下降，几乎是直线下降（BC），当达到较低水分含量（），当达到较低水分含量（C点）时（第一点）时（第一临界水分临界水分），干燥速率减慢，随后趋于平衡，达），干燥速率减慢，随后趋于平衡，达到到平衡水分平衡水分（DE）。）。平衡水分取决于干燥时的空气状态平衡水分取决于干燥时的空气状态（3）食品温）食品温度曲
44、线度曲线初期食品温度上初期食品温度上升，直到最高升，直到最高值值湿球温度湿球温度，整个恒率干燥阶整个恒率干燥阶段温度不变，即段温度不变，即加热转化为水分加热转化为水分蒸发所吸收的潜蒸发所吸收的潜热（热量全部用热（热量全部用于水分蒸发）于水分蒸发）在降率干燥阶段，在降率干燥阶段，温度上升直到温度上升直到干干球温度球温度，说明水，说明水分的转移来不及分的转移来不及供水分蒸发，则供水分蒸发，则食品温度逐渐上食品温度逐渐上升。升。（2）干燥速率曲线）干燥速率曲线食品被加热，水分被蒸发加食品被加热，水分被蒸发加快，干燥速率上升，随着热快，干燥速率上升，随着热量的传递，干燥速率很快达量的传递，干燥速率很快
45、达到最高值；是食品到最高值；是食品初期初期加热加热阶段阶段；然后稳定不变，为然后稳定不变，为恒率干燥恒率干燥阶段阶段，此时水分从内部转移，此时水分从内部转移到表面足够快，从而可以维到表面足够快，从而可以维持表面水分含量恒定，也就持表面水分含量恒定，也就是说是说水分从内部转移到表面水分从内部转移到表面的速率大于或等于水分从表的速率大于或等于水分从表面扩散到空气中的速率，面扩散到空气中的速率，是是第一干燥阶段第一干燥阶段；到第一临界水分时，干燥速到第一临界水分时，干燥速率减慢，率减慢，降率干燥阶段降率干燥阶段，说，说明食品内部水分转移速率小明食品内部水分转移速率小于食品表面水分蒸发速率；于食品表面
46、水分蒸发速率；干燥速率下降是由食品内干燥速率下降是由食品内部水分转移速率决定的部水分转移速率决定的 当达到平衡水分时，干燥当达到平衡水分时，干燥就停止。就停止。第二章食品的脱水加工1食品工艺学 2.干燥阶段干燥阶段在典型的食品干燥过程中，物料先经过预热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）和干燥后，再经历干燥恒定阶段（恒速期）和干燥降速阶段（降速期）降速阶段（降速期）第二章食品的脱水加工1食品工艺学（1）恒速期）恒速期水分子从食品内部迁移到表面的速率大于或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；等于水分子从表面跑向干燥空气的速率
47、；干燥推动力是食品表面的水分蒸汽压和干燥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；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，传递到食品的所有热量都进入汽化的水分中，温度恒定；温度恒定；第二章食品的脱水加工1食品工艺学（2）降速期）降速期一旦到达临界水分含量，水分从表面跑向干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燥空气中的速率就会快于水分补充到表面的速率；速率；内部质量传递机制影响了干燥快慢；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；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；降速期预
48、测干燥速率是很困难的；第二章食品的脱水加工1食品工艺学干制过程中食品内部水分迁移大于食品表面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，则恒率阶段就内部水分迁移小于表面扩散，则恒率阶段就不存在；不存在；如水分含量如水分含量7590%的苹果，有恒率和降率阶的苹果，有恒率和降率阶段；若水分段；若水分9%的花生米，干制时，仅经历降的花生米，干制时，仅经历降率阶段；率阶段；第二章食品的脱水加工1食品工艺学注意注意以上我们讲的都是以上我们讲的都是以空气为介质以空气为介质通过通过加热加热来来干燥。若是采用其它加
49、热方式，如没有热量干燥。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。传递过程，则干燥速率曲线将会变化。第二章食品的脱水加工1食品工艺学三、影响干制的因素三、影响干制的因素干制过程就是水分的转移和热量的传递，即干制过程就是水分的转移和热量的传递，即湿热传递湿热传递，对这一过程的影响因素主要取决，对这一过程的影响因素主要取决于于干制条件干制条件（由干燥设备类型和操作状况决（由干燥设备类型和操作状况决定）以及定）以及干燥物料的性质干燥物料的性质。第二章食品的脱水加工1食品工艺学1.干制条件的影响干制条件的影响在人工控制条件下或干燥机中干燥；在人工控制条件下或干燥机中干燥；食品的
50、干燥希望干燥得快，同时干燥量要食品的干燥希望干燥得快，同时干燥量要大；大；干燥条件对干燥恒率阶段（或恒速期）和干燥条件对干燥恒率阶段（或恒速期）和降率阶段（或降速期）的影响的条件主要降率阶段（或降速期）的影响的条件主要有有空气温度、流速、相对湿度空气温度、流速、相对湿度和和气压气压第二章食品的脱水加工1食品工艺学（1）温度）温度 对于空气作为干燥介质对于空气作为干燥介质,提高空气温度提高空气温度,在恒速期在恒速期干燥速度加快，在降速期也会增加；干燥速度加快，在降速期也会增加；原因：原因：温度提高温度提高,传热介质与食品间温差越大传热介质与食品间温差越大,热热量向食品量向食品传递传递的的速速率越
