食品冷藏技術(shù)原理

1、第三章 食品的干燥,第一節(jié)：食品干燥的基礎(chǔ)一、食品干燥的目的和基本原理 干燥： 是指在自然或人工控制的條件下使食品中水分蒸發(fā)的過程。干燥包括自然干燥：如風(fēng)干、曬干等；人工干燥，如熱空氣干燥、真空干燥、冷凍干燥等。 食品干燥是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程，干燥的目的不僅是將食品中的水分降低到一定水平，達(dá)到干藏的水分要求，又要求食品品質(zhì)變化最小，有時(shí)還要改善食品的質(zhì)量。食品的

2、干燥過程涉及到熱和物質(zhì)的傳遞，須控制最佳條件以獲得最低能耗與最佳質(zhì)量。,經(jīng)干制的食品，其水分活度降低，有利于在室溫條件下長(zhǎng)期儲(chǔ)藏，以延長(zhǎng)食品的市場(chǎng)供給，平衡產(chǎn)銷高峰；干制食品重量減輕，容積縮小，容積均低于罐裝和冷藏食品；容積縮小和重量減輕可以顯著的節(jié)省包裝、貯藏和運(yùn)輸費(fèi)用，并且便于攜帶，有利于商品流通；干制食品是救急、救災(zāi)和戰(zhàn)備常用的重要物質(zhì)。 干制過程是將能量傳遞給食品并促使食品物料中的水分向表面轉(zhuǎn)移并排放到物料周

3、圍的外部環(huán)境中，完成脫水干制的基本過程。因此熱量的傳遞和水分的外逸，也就是常說的濕熱轉(zhuǎn)移是食品干燥基本原理的核心問題。,二、食品中水分的狀態(tài)和水分活度,食品物料在干燥脫水前必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，如洗滌、修整、切塊、熱燙，有些物料還需粉碎、磨漿等。處理后的物料形態(tài)主要有:塊狀、片狀、條狀、顆粒狀、漿狀等。干制前食品物料的狀態(tài)可分為兩大類：液態(tài)、濕固態(tài)。 液態(tài)物料包括：溶液、膠體溶液和非均相的液態(tài)物料。

4、 固態(tài)濕物料是常見的食品物料，它包括晶體、膠體和生物組織體。膠體可分為三類：彈性膠體、脆性膠體和具有膠質(zhì)毛細(xì)孔的物料。,（二）食品物料中水分存在的形式,（2）物理化學(xué)結(jié)合水,吸附結(jié)合水是指物料膠體微粒內(nèi)、外表面上因分子吸引力而被吸附的水分。物料結(jié)合力最強(qiáng)。第一層結(jié)合最牢固。除去這部分水分除提供水分氣化所需的汽化潛熱外，還要提供脫吸所需的吸附熱。 結(jié)構(gòu)結(jié)合水是指當(dāng)膠體溶液凝固成凝膠時(shí)，保持在膠體內(nèi)部的一種水，它

5、受到結(jié)構(gòu)的束縛，表現(xiàn)出的蒸汽壓很低。 滲透壓結(jié)合水是指溶液和膠體溶液中，被溶質(zhì)所束縛的水分。 （3）機(jī)械結(jié)合水，是食品濕物料內(nèi)的毛細(xì)管（或孔隙）中保留或吸著的水分，以及物料的外表面附著的潤(rùn)濕水分。 干燥時(shí)所除去的水分主要是機(jī)械結(jié)合水和部分物理化學(xué)結(jié)合水。首先除去的是機(jī)械結(jié)合水，然后是部分結(jié)合力弱的物理化學(xué)結(jié)合水，最后是結(jié)合力強(qiáng)的物理化學(xué)結(jié)合水。,（二）食品物料濕含量的表示方法（

6、1）濕基濕含量，是以濕物料為基準(zhǔn)，是指濕物料中水分占總質(zhì)量的百分比，即 W=m/m0 x100% 干燥時(shí)，濕物料的總質(zhì)量因失去水逐漸減少，計(jì)算時(shí)不方便。（2）干基濕含量是以不變的干物質(zhì)為基準(zhǔn)，指濕物料水分與干物質(zhì)的質(zhì)量之比。即 W/=m/mc x100% 上述兩種濕含量的換算 W=W//1+ W/ W/=W/1-W,（三）水分活

7、度 水分與物料之間存在著各種各樣的結(jié)合而成為結(jié)合水。 水分活度（AW）是指物料表面水分的蒸汽壓與相同溫度下純水的飽和蒸汽壓之比，即 AW＝Pv/Ps 物料濕含量與水分活度之間的關(guān)系不僅與溫度有關(guān)，而且與食品的種類有關(guān)。 在一定溫度下某食品物料的含水量與水分活度之間的關(guān)系曲線稱為該食品的吸附等溫線。,（四）水分活度與食品的保藏性

8、 食品腐敗變質(zhì)通常是由微生物作用和生物化學(xué)反應(yīng)所造成，任何微生物進(jìn)行正常的生長(zhǎng)繁殖及多數(shù)生物化學(xué)反應(yīng)都需要以水作為溶劑或介質(zhì)。利用水是非結(jié)合水，稱之為有效水，水分活度就是對(duì)基質(zhì)內(nèi)能夠參與化學(xué)反應(yīng)的水分質(zhì)量。1．干燥對(duì)微生物的作用 從食品的角度來看，大多數(shù)新鮮食品的水分活度都在0.99以上，適合各種微生物的生長(zhǎng)。只有當(dāng)水分活度降到0.75以下時(shí)，食品的腐敗變質(zhì)才顯著減慢，水分活度降到0.7以下時(shí)，物料

9、才能在室溫下進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間貯存。食品的干燥不能代替消毒滅菌。,2．干燥對(duì)酶的影響 只有水分降到1%以下時(shí)才能完全抑制酶活性，通常干燥很難達(dá)到這樣低的含水分量。食品的干燥代替不了酶鈍化，酶鈍化，濕熱容易，干熱難。三、干燥介質(zhì)的特性 在食品干燥中，從濕物料中除去水分通常采用熱空氣為干燥介質(zhì)，研究干燥過程首先了解濕空氣的各種性質(zhì)以及它們之間的相互關(guān)系。,干燥過程中熱空氣既是載熱體，又是載濕體。濕空氣中的

10、水蒸氣量不斷發(fā)生變化，而絕干空氣的量是恒定的。為計(jì)算方便，濕空氣的各項(xiàng)參數(shù)均以單位質(zhì)量的絕干空氣為基數(shù)。（一）濕度（濕含量） 空氣中的水分含量用濕度表示，有兩種表示方法，即絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度。1．絕對(duì)濕度 單位質(zhì)量絕干空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，即 H＝濕空氣中水蒸汽的質(zhì)量/濕空氣中絕干空氣的質(zhì)量= Mvnv/Mg ng =18nv/29ng 常壓下濕空氣可視為理想氣體混

11、合物，由分壓定律知，理想氣體混合物中各組分的摩爾比等于分壓比。,H＝18Pw/29(P-Pw) = 0.662Pw/ P-Pw （1）式中：PW——濕空氣中水蒸氣的分壓（Pa）； P——濕空氣中的總壓。 濕空氣的濕度與總壓及其中的水蒸氣分壓有關(guān)。當(dāng)總壓一定時(shí)，則濕度僅由水蒸氣分壓所決定。 2．相對(duì)濕度 在一定的總壓下，濕空氣中水蒸氣分壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓之比，稱為

12、相對(duì)濕度，即,φ＝Pw/Ps （2） 式中，Ps——同溫度下純水的飽和蒸氣壓。 相對(duì)濕度可以用來衡量濕空氣的不飽和程度 。φ＝1，表示空氣已達(dá)到飽和狀態(tài)，不能再接納任何水分；φ值愈小，表示該空氣偏離飽和程度愈遠(yuǎn)，可接納的水分愈多，干燥能力愈大。可見空氣的絕對(duì)濕度H僅表示水蒸氣的含量 ，而相對(duì)濕度φ才能反映出空氣吸收水分的能力，PS可在水蒸氣壓表中查到，水蒸氣分壓可根據(jù)濕度計(jì)或露點(diǎn)儀溫度查到。,將

13、式（2）代入式（1）得 H=0.622 ΦPs/P-ΦPs 空氣達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)濕度為HS HS=0.622 Ps/P-Ps 在總壓一定時(shí)，知道濕空氣的濕度和溫度就可以求出相對(duì)濕度。 （二）溫度 用普通溫度計(jì)測(cè)得的濕空氣的實(shí)際溫度即為干球溫度。 將濕球溫度計(jì)置于一定溫度和濕度的濕空氣流中，達(dá)到平衡或穩(wěn)定時(shí)的溫度稱該空氣的濕球溫度（ θW ）,濕球溫度計(jì)所

14、指示的溫度θW，實(shí)際上是濕紗布中水分的溫度，該溫度由濕空氣的干球溫度θ及濕度H所決定。若濕空氣的干球溫度θ一定，若其濕度愈高，則濕球溫度θW也愈高，當(dāng)濕空氣達(dá)到飽和時(shí)，則θW = θ。不飽和空氣的濕球溫度低于其干球溫度，測(cè)得空氣干、濕球溫度后，就可用下式 推導(dǎo)出空氣的濕含量 單位時(shí)間內(nèi)，空氣傳給濕紗布的熱量為： Φ = h?A(θ-θw) 式中：Φ——單位時(shí)間內(nèi)，空氣傳給濕紗布的熱量，即傳熱速率（K

15、W）； h——空氣與濕紗布之間的對(duì)流傳熱系數(shù)[KW/m2K]。,單位時(shí)間內(nèi)，濕紗布表面水分汽化量為： N＝kHA（HW－H） 式中：N——單位時(shí)間內(nèi)，汽化水分的量（㎏/s）； kH——以濕度差為推動(dòng)力的傳質(zhì)系數(shù)[㎏/ m2S]； H——空氣濕度 [㎏水/㎏ 絕干空氣]； HW——θw時(shí)空氣的飽和濕度。 當(dāng)達(dá)到熱平衡時(shí)，空氣傳給濕紗布的熱量等于

16、水分汽化所需熱量，即 Φ = rwN 式中 rw—水在濕球溫度θW時(shí)的汽化潛熱KJ/Kg） h(θ-θw) = rw kH (Hw-H) 整理得 Hw-H/θ-θw = h/ rw kH H = Hw- h/ rw kH (θ-θw),四.食品物料與干燥介質(zhì)間的平衡關(guān)系 （一）物料的水分活度與空氣相對(duì)濕度之間的關(guān)系 根據(jù)水分活度定義可知，

17、測(cè)定水分活度可利用空氣與物料充分接觸，達(dá)到空氣中的水蒸氣分壓和物料表面水蒸氣壓平衡，此時(shí)的水蒸氣分壓與純水飽和蒸汽壓之比即為水分活度。 將完全干燥的食品置于各種不同相對(duì)濕度的試驗(yàn)環(huán)境中，經(jīng)過一定時(shí)間食品會(huì)吸附空間的水蒸氣水分，逐漸達(dá)到平衡。這時(shí)食品 內(nèi)所含的水分對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度稱之為平衡相對(duì)濕度。根據(jù)水活定義和相對(duì)濕度概念可以知道，這時(shí)的相對(duì)濕度即為水分活度。,水分活度與空氣的平衡相對(duì)濕度是兩個(gè)不同的概念，分別表明物

18、料與空氣達(dá)到平衡后雙方的各自狀態(tài)。如果物料與相對(duì)濕度數(shù)值比它水分活度大的空氣相接觸， 即 AW <φ Pv/Ps < Pw/Ps Pv < Pw 由于蒸汽壓差的作用，則物料從空氣中吸水，直至達(dá)到平衡、吸濕，反之，去濕。 物料與空氣中的水分處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的相互平衡過程。,（二）平衡水分 由于物料表面的水蒸氣分壓與

19、介質(zhì)的水蒸氣分壓的壓差作用，使兩相之間 達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)物料中所含的水分為該介質(zhì)條件下物料的平衡水分。 當(dāng)空氣的相對(duì)濕度為零時(shí)，任何物料的平衡水分均為0，即只有使物料不斷的與相對(duì)濕度為0的空氣相接觸，才有可能獲得絕干物料。若物料與一定濕度的空氣接觸，物料總有一部分水分不能被除去，這部分水分就是平衡水分，它表示在該空氣狀態(tài)下物料能被干燥的程度。,被除去的水分包括兩部分：一部分是結(jié)合水，另一部分為非結(jié)合水。所有能被空氣

20、介質(zhì)帶走的水分稱自由水分。 水之結(jié)合與否是食品物料自身的性質(zhì)，與空氣狀態(tài)無關(guān)；而平衡水分與自由水分除受物料的性質(zhì)限制外，還與空氣的狀態(tài)有著極其密切的聯(lián)系。 五、干燥特性曲線 食品物料干燥特性與干燥環(huán)境條件有著密切的關(guān)系，干燥環(huán)境條件可分為恒定干燥和變動(dòng)干燥。所謂恒定干燥是指物料干燥時(shí)過程參數(shù)保持穩(wěn)定。在工業(yè)生產(chǎn)上，干燥條件多屬于變動(dòng)干燥條件，但當(dāng)干燥情況變化不大時(shí) ，仍可按恒定干燥情況處理，間

21、歇較連續(xù)易保持。,干燥過程特性可以由干燥曲線、干燥速率曲線及干燥溫度曲線表達(dá)，而這些曲線的繪制是在恒定的干燥條件下進(jìn)行的。（一）干燥曲線、干燥溫度曲線、干燥速率曲線 在干燥過程中，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，水分被不斷汽化，濕物料的質(zhì)量不斷減少。在不同時(shí)刻t記錄物料的質(zhì)量，直至物料質(zhì)量不再變化為止。由物料的瞬時(shí)質(zhì)量計(jì)算出物料的瞬時(shí)濕含量為： W/=ms-mc /mc x100%,根據(jù)物料的平均干基濕含

22、量W/與時(shí)間的關(guān)系繪圖，得典型的干燥曲線；根據(jù)干燥過程中物料表面溫度隨時(shí)間的變化θ—t關(guān)系繪圖，得干燥溫度曲線。 物料的干燥速率是指單位時(shí)間內(nèi)，單位干燥面積汽化水分的質(zhì)量。 u=mq/A?dt (1) 因?yàn)閐 mq=-mcdw/ （1）式可改寫成 u=mcdw/ /A?dt,(二)食品物料干燥過程的分析 恒速干燥

23、、降速干燥 1.恒速干燥階段 在恒速干燥階段，食品物料的表面非常濕潤(rùn)，即表面有充足的非結(jié)合水，物料表面的狀態(tài)與濕球溫度計(jì)中濕紗布表面的狀況類似，如此時(shí)的干燥條件恒定（空氣溫度、濕度、u及氣固的接觸方式一致），物料表面的溫度等于該空氣的濕球溫度θw，而當(dāng)θw為定值時(shí)，物料上方空氣的濕含量HW也為定值 dΦ/dt = A（θ-θw） dN/dt = kH(Hw-H) ?A,如上討論，干

24、燥是在恒定的空氣條件下進(jìn)行，隨空氣條件而變得h和kH值均保持恒定不變，即物料水分在恒定溫度下進(jìn)行汽化，汽化的熱量全部來自空氣。 dΦ=rw dN 在整個(gè)恒速干燥階段，水分從濕物料內(nèi)向其表面?zhèn)鬟f的速率與水分自物料表面的汽化速率平衡，物料表面始終處在濕潤(rùn)狀態(tài)。一般來說，此階段汽化的水分為非結(jié)合水，與自由水分汽化狀況無異。顯然恒速干燥階段干燥速率的大小取決于物料表面水分的汽化速率，亦即決定

25、于物料外部干燥條件，所以恒速干燥階段又稱為表面汽化控制階段。,2.降速階段 干燥操作中，當(dāng)物料的濕含量降至臨界濕含量后（wc/） ，便轉(zhuǎn)入降速干燥。在此干燥階段，水分自物料內(nèi)部向表面汽化的速率低于物料表面的水分汽化速率。濕物料表面逐漸變干，汽化表面向物料內(nèi)部移動(dòng)，溫度也不斷上升。隨著物料內(nèi)部濕含量的減少，水分由物料內(nèi)部向表面?zhèn)鬟f的速率慢慢下降，干燥速率也就愈來愈低。 降速干燥階段干燥速率的大小主

26、要取決于物料本身的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，而與外部的干燥條件關(guān)系不大，所以降速干燥階段又稱物料內(nèi)部遷移控制階段。產(chǎn)生降速的原因：,〈1〉實(shí)際汽化表面減小，稱第一降速階段?！?〉汽化表面內(nèi)移，稱第二降速階段?！?〉平衡蒸汽壓下降?！?〉物料內(nèi)部水分?jǐn)U散受阻。 3.臨界濕含量 物料在干燥過程中，恒速階段與降速階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱臨界點(diǎn)，此時(shí)物料的濕含量稱臨界濕含量。 臨界濕含量值愈大，便會(huì)較早的進(jìn)入降

27、速干燥階段，達(dá)到物料平衡濕含量所需的干燥時(shí)間就愈長(zhǎng)。 影響臨界濕含量的因素：（1）物料本身性質(zhì)（2）物料厚度（3）料層厚度（4）干燥方法 臨界濕含量隨物料性質(zhì)、厚度及干燥條件的不同而異。,六、干燥過程的傳熱與傳質(zhì) 食品的干燥過程是熱量傳遞和質(zhì)量傳遞同時(shí)存在的過程，伴隨著傳熱、傳質(zhì)，物料達(dá)到干燥的目的。熱量和質(zhì)量是通過物料內(nèi)部和外部傳遞來實(shí)現(xiàn)的。（一）物料外部的傳熱和傳質(zhì)

28、 界面層、速度梯度、方向由物料表面指向介質(zhì)氣流 從出現(xiàn)速度梯度的那一點(diǎn)到表面這段距離，就是界面層厚度。界面層厚度主要取決于被環(huán)繞表面的狀態(tài)，其與氣體黏度成正比，與氣體流速成反比。 溫度梯度；濕含量梯度與溫梯、速梯方向相反。,干燥過程中，界面層的存在造成了熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的附加阻力，只有減少界面層厚度，才能提高干燥速率。而降低界面層厚度，必須綜合考慮界面層溫梯、速梯及蒸汽分壓

29、梯度的影響，在干燥的不同階段，根據(jù)物料性質(zhì)和加工要求，適當(dāng)提高物料溫度和介質(zhì)流速，強(qiáng)化蒸汽壓差，這是降低界面層厚度，實(shí)現(xiàn)物料外部傳熱與傳質(zhì)的有效途徑。,（二）物料內(nèi)部的傳熱與傳質(zhì) 加熱介質(zhì)將熱量傳給物料表面——物料本身又將熱量以傳導(dǎo)的形式傳向物料中心，隨著傳遞的進(jìn)行，能力逐漸減弱，即T逐漸降低，形成自中心向外的溫梯。 濕度梯度愈大，水分移動(dòng)就愈快。 采用何種干燥方式，兩種梯度均

30、存在于物料內(nèi)部，故水分的傳遞是兩種推動(dòng)力共同作用的結(jié)果。另外，物料本身的導(dǎo)濕性也是影響水分內(nèi)部擴(kuò)散的一個(gè)重要因素。 升溫，降溫，再升溫，再降溫。工藝措施來調(diào)節(jié)物料內(nèi)部的溫度梯度與濕度的關(guān)系，強(qiáng)化水分的內(nèi)部擴(kuò)散。,（三）干燥過程控制 合理地把處理好物料內(nèi)、外部的傳熱與傳質(zhì)的關(guān)系即能有效地控制干燥工程的進(jìn)行。 表面汽化與內(nèi)部擴(kuò)散速率共同決定于干燥速率。

31、 表面汽化速率小于內(nèi)部擴(kuò)散速率時(shí)，干燥初期。 表面汽化速率大于內(nèi)部擴(kuò)散速率時(shí)。 下述措施有利于提高干燥速率：,減少料層厚度，縮短水分在內(nèi)部的擴(kuò)散距離。 使物料堆積疏松，采用空氣穿流料層的接觸方式以擴(kuò)大干燥表面積。 采用接觸加熱和微波加熱的方法，使深層料溫高于表面料溫，溫度與濕度同向加快內(nèi)部水分的擴(kuò)散。 表面汽化

32、速率與內(nèi)部擴(kuò)散速率近于相等的情況在干燥中極其少見，此狀態(tài)是恒速干燥力求的目標(biāo)。,第二節(jié) 干燥過程中食品物 料的主要變化 物料在干燥過程中，由于溫度升高，水分的除去，必然要發(fā)生一系列變化，這些變化主要是食品物料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的物理變化以及食品物料組成的化學(xué)變化。這些變化直接關(guān)系到干燥制品的質(zhì)量和對(duì)貯存條件的要求，而且不同的干燥工藝變化程度也有差別。 一、物理狀態(tài)的變化,

33、（一）干縮 任何脫水過程幾乎都造成物料的收縮現(xiàn)象，原因在于水的去除使物料的內(nèi)壓降低。（二）表面硬化 是食品物料表面收縮和封閉的一種特殊現(xiàn)象。主要原因，一是食品干燥過程中，物料內(nèi)部溶質(zhì)隨水分向表面不斷移動(dòng)，即在表面積累產(chǎn)生結(jié)晶硬化現(xiàn)象。二是干燥初期，食品物料與介質(zhì)間溫差和濕度差過大，致使物料表面溫度急驟升高，水分蒸發(fā)過于強(qiáng)烈，而使物料表面迅速達(dá)到絕干狀態(tài)，形成一層干燥的薄膜，造成物料表面硬化。,（

34、三）物料內(nèi)部多孔性的形成 物料內(nèi)部多孔的產(chǎn)生，是由于物料中的水分在干燥過程中被除去，原來被水分所占據(jù)的空間由空氣填充成為空穴，干制品組織內(nèi)就形成一定的孔隙而具有多孔性。加壓和真空、常壓。（四）熱塑性的出現(xiàn) 不少食品具有熱塑性，即溫度升高時(shí)會(huì)軟化，甚至有流動(dòng)性，而冷卻時(shí)變硬，具有玻璃體的性質(zhì)。橙汁和糖漿。,二、化學(xué)性質(zhì)的變化（一）蛋白質(zhì)的變化 通常食品物料較長(zhǎng)時(shí)間暴露在71℃

35、以上的空氣中，對(duì)蛋白質(zhì)有一定的破壞作用。賴氨酸最不耐熱。（二）脂肪的變化 脫水過程中，食品物料的脂肪極易氧化，干燥溫度升高，脂肪氧化嚴(yán)重。（三）維生素的變化 脫水過程中，各種維生素的被破壞和損失是非常值得注意的問題，直接關(guān)系到脫水食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。,（四）食品色澤的變化 酶促褐變，非酶促褐變（梅拉德反應(yīng)、焦糖化、單寧與鐵）葉綠素ａ、ｂ受熱變化，類胡蘿卜素，花青素等。（五）

36、干燥時(shí)食品的風(fēng)味變化 食品失去揮發(fā)性風(fēng)味成分是脫水干燥時(shí)常見的一種現(xiàn)象。如牛乳失去極微量的低級(jí)脂肪酸，特別是硫化甲基，雖然它的含量?jī)H億分之一，但其制品已失去鮮乳風(fēng)味。即使低溫干燥也會(huì)導(dǎo)致化學(xué)變化，而出現(xiàn)食品變味的問題。例如奶油內(nèi)的脂肪有δ＋內(nèi)酯形成時(shí)就會(huì)產(chǎn)生太妃糖那樣的風(fēng)味，而這種產(chǎn)物在乳粉中也經(jīng)常見到。一般處理牛乳時(shí)所用的溫度即使不高，蛋白質(zhì)仍然會(huì)分解并有揮發(fā)硫放出。,第三節(jié)　食品干燥的方法

37、食品的干燥過程涉及復(fù)雜的化學(xué)，物理和生物學(xué)的變化，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)和衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求很高，有些干燥制品還要求具有良好的復(fù)水性，即制品復(fù)水后恢復(fù)到接近原先的外觀和風(fēng)味。因此要根據(jù)物料的性質(zhì)（粘附性、分散性、熱敏性）和生產(chǎn)工藝要求，并考慮投資費(fèi)用，操作費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)因素，正確合理選用不同的干燥方法和相應(yīng)得干燥裝置。 干燥方法可分為間歇式和連續(xù)式的。按操作壓力不同可分為常壓干燥和真空干燥，按工作原理又可分為對(duì)流干燥、接觸干燥、冷凍干燥

38、和輻射干燥，其中對(duì)流干燥在食品工業(yè)上應(yīng)用最多。,一、對(duì)流干燥 又稱熱風(fēng)干燥，它是以熱空氣為干燥介質(zhì)。對(duì)流干燥的條件是物料表面的水汽壓強(qiáng)必須大于干燥介質(zhì)中的水汽分壓。兩者的壓差愈大，干燥進(jìn)行得愈快，所以干燥介質(zhì)應(yīng)及時(shí)將汽化的水汽帶走，以便保持一定的傳質(zhì)推動(dòng)力。若壓差為零，則無水汽傳遞，干燥操作也就停止了。（一）自然干燥 炎熱和通風(fēng)是自然干燥最適宜的條件。（二）廂式干燥,設(shè)備由框架結(jié)構(gòu)組成，四壁及頂

39、，底部都封有絕熱材料以防止熱量散失。根據(jù)傳熱形式可分為真空廂式干燥和對(duì)流廂式干燥。真空多為間歇或輻射加熱，適用于干燥熱敏性，易氧化物料或在大氣壓下水分難以蒸發(fā)的物料及需要回收溶劑的物料。廂式干燥可分為并流和穿流干燥。1、并流廂式干燥2、穿流廂式干燥。其干燥速率是并流的3-10倍。 影響廂式干燥熱效率的因素：（1）熱風(fēng)速度：提高熱風(fēng)速度，傳熱速率加 快，有利于縮短干燥時(shí)間，但風(fēng)速必須小于,能把物料帶走的速度。0.5～3 m

40、/s，果蔬2～2.7 m/s。（2）物料層的厚度和間隔：厚度是傳熱傳質(zhì)的阻力因素，直接影響干品質(zhì)量和干燥時(shí)間，通過實(shí)驗(yàn)確定，一般20～50mm；間隔決定了熱風(fēng)流向，影響風(fēng)速的大小和熱風(fēng)在層間的分配關(guān)系，支架間距100～150mm，料盤高度為40～100mm。（3）風(fēng)機(jī)風(fēng)量：風(fēng)機(jī)風(fēng)量是選擇風(fēng)機(jī)的依據(jù)，也是提供有效供熱的保證 qm=3600uA/ν ν——濕空氣的比體積（m3/kg絕干空氣）（4）多次空氣加熱和廢氣循環(huán)再利用。

41、,（三）隧道式干燥 廂式只能間歇操作，隧道式可以是連續(xù)和半連續(xù)。高溫低濕空氣進(jìn)入的一端為熱端；低溫高濕空氣離開的一端稱冷端；濕物料進(jìn)入的一端稱濕端，而干制品離開的一端稱干端。 按物流與氣流運(yùn)動(dòng)方向，隧道式干燥可分為順流式 、逆流式、順逆流組合式和橫流式。 1、順流式隧道干燥,物流與氣流方向一致，熱端是濕端，冷端是干端。在濕端，濕物料與高溫低濕空氣相遇，此時(shí)物料水分蒸發(fā)異常迅速，空氣溫度也會(huì)急劇降

42、低，因此入口處即使使用溫度較高的空氣，物料也不至于產(chǎn)生過熱焦化現(xiàn)象，但此時(shí)物料水分汽化過速，物料內(nèi)部濕度梯度過大，物料外層會(huì)出現(xiàn)輕微的收縮現(xiàn)象，進(jìn)一步干燥時(shí)，物料內(nèi)部容易開裂并形成多孔結(jié)構(gòu)。在干端，干物料與低溫高濕空氣相處，水分蒸發(fā)極其緩慢，干制品的平衡水分也相應(yīng)增加，即使延長(zhǎng)干燥通道，也難以使干制品水分降到10%以下。因此吸濕性較強(qiáng)的食品不宜選用順流干燥方法。,2、逆流式隧道干燥 物料內(nèi)部濕梯小，不易產(chǎn)生表面硬化和

43、收縮現(xiàn)象，而中心又能保持濕潤(rùn)狀態(tài)。這對(duì)干燥軟質(zhì)水果，不會(huì) 產(chǎn)生干裂流汁。干端的進(jìn)口溫度不易過高，66～77℃，否則停留時(shí)間過長(zhǎng)，物料容易焦化。平衡水分可低于5%。 逆流干燥，濕物料載量不宜過多。因干燥初期，水分蒸發(fā)速度比較緩慢，如若低溫的濕物料載量過多，就會(huì)長(zhǎng)期和接近飽和的低溫高濕空氣相處，就可能出現(xiàn)物料增濕現(xiàn)象而促進(jìn)細(xì)菌迅速生長(zhǎng)，造成物料腐敗變質(zhì)，甚至發(fā)酵發(fā)臭。,上述兩種隧道式干燥機(jī)的共同優(yōu)缺點(diǎn)是： （1）構(gòu)造簡(jiǎn)

44、單，容易制做，投資較少，操作方便． （2）適應(yīng)性強(qiáng)?？捎米龆喾N果蔬、土特產(chǎn)、中草藥與經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)品的干燥。 （3）生產(chǎn)能力較大。適于大中型生產(chǎn)規(guī)模。 （4）隧道排出的部分廢氣，可與新鮮空氣混合，經(jīng)加熱器，重新進(jìn)入隧道，進(jìn)行廢氣再循環(huán)，以提高熱能的利用、調(diào)節(jié)熱風(fēng)濕度，適應(yīng)物料的干燥要求。 （5）物料干燥過程中處于靜止?fàn)顟B(tài)，形狀無損傷。物料與熱風(fēng)接觸時(shí)間較長(zhǎng)，熱能利用較好。 （6）熱耗大。如胡蘿卜干燥熱耗，國(guó)外約 8.36MJ/k

45、g（H2O），國(guó)內(nèi)約達(dá)12.54MJ／kg（H2 O）。 （7）不能按干燥工藝分區(qū)控制熱風(fēng)的溫度和濕度。 (8)結(jié)構(gòu)龐大。如磚混結(jié)構(gòu)的隧道干燥設(shè)備的總高約3m，寬2m，長(zhǎng)數(shù)幾米到十米。,3、順逆流組合式隧道干燥 這種方式吸取了順流式濕端水分蒸發(fā)速率高和逆流式后期干燥能力強(qiáng)的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，組成了濕端順流和干端逆流的兩段組合方式。 兩端長(zhǎng)度可以相等，但一般濕端順流比干端逆流短。傳熱傳質(zhì)速率穩(wěn)定，干品

46、質(zhì)量好，干燥時(shí)間短，生產(chǎn)能力提高。,4、橫流式隧道干燥 這種干燥器提供了極為靈活的控制條件，可使食品處于幾乎是所要求的任何溫度、濕度、速度條件的氣流之下。每當(dāng)料車前進(jìn)一步，氣流方向便轉(zhuǎn)換一次，故制品水分含量更加均勻。但這種設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，維修不便，工業(yè)應(yīng)用受到一定限制。,（四）輸送帶式干燥 輸送帶式干燥設(shè)備除載料系統(tǒng)由輸送環(huán)帶代替有料盤的小車外，其余部分基本上和隧道式干燥設(shè)備相同。

47、 空氣穿過料層和不透鋼網(wǎng)帶 特點(diǎn)：有較大的物料表面暴露于干燥介質(zhì)中，物料內(nèi)部水分移出的路徑較短，并且物料與空氣緊密接觸，所以干燥速率很高。但是被干燥的濕物料必須首先制成分散狀態(tài)，以便減少阻力，使空氣能順利穿過帶子上的料層。,多級(jí)穿流帶式干燥機(jī)它用于制作各種脫水蔬菜、葡萄干、麥片、酵母等產(chǎn)品。優(yōu)缺點(diǎn)是；（1）物料在干燥過程中，不受振動(dòng)或沖擊，不損傷，粉塵飛揚(yáng)少。（２）物料在帶間轉(zhuǎn)移時(shí)，得到松動(dòng)和翻轉(zhuǎn)，使物料的蒸發(fā)

48、表面積增大，改善通氣性和干燥均勻性。（３）干燥區(qū)的數(shù)目較多，每一區(qū)的熱風(fēng)流量、流向、溫度和濕度均可控制，符合物料干燥工藝的要求。（４）結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用高。（５）設(shè)備的進(jìn)出料口，密封不嚴(yán)，易產(chǎn)生漏氣。,（五）流化床式干燥 流化床干燥又稱沸騰床干燥，它是流態(tài)化原理在干燥器中的應(yīng)用。,在分布板上加入待干燥的食品顆粒物料，熱空氣由多孔板的底部送入使其均勻分散，并與物料接觸。當(dāng)氣體速度較低時(shí)，固體顆粒間的相對(duì)位置不發(fā)

49、生變化，氣體在顆粒層的空隙中通過，干燥原理與廂式干燥器完全類似，此時(shí)的顆粒層通常稱為固定床。當(dāng)氣流u繼續(xù)增加后，顆粒開始松動(dòng)，并在一定區(qū)間內(nèi)變換位置，床體略有膨脹，顆粒仍不能自由運(yùn)動(dòng)，床層處于初始或臨界流化狀態(tài)。當(dāng)流速再增高時(shí)，顆粒即懸浮在上升的氣流中作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，顆粒與流體之間的摩擦力恰與其凈重力相平衡，此時(shí)形成的床層稱流化床。,由固定床轉(zhuǎn)為流化床時(shí)的氣流速度稱為臨界流化速度。流速愈大，流化床層愈高；當(dāng)顆粒床層膨脹到一定高度時(shí)，固定床層

50、空隙增大而使流速下降。顆粒又重新落下不致被氣流帶走。若空氣速度進(jìn)一步提高，大于顆粒的自由沉降速度，顆粒便會(huì)從干燥器的頂部吹出，此時(shí)的速度稱為帶出速度。流化床適宜速度應(yīng)在臨界化流速和帶出速度之間。適宜處理粉粒狀食品物料。料徑為30μm～6mm，靜止料層高度為0.05～0.15m時(shí)，適宜操作的氣速可取顆粒自由沉降速度為0.4～0.8倍。顆粒小，氣體局部通過多孔板，形成溝流現(xiàn)象，顆粒大需要?dú)馑俅?，動(dòng)力消耗大。,彼此碰撞，表面更新機(jī)會(huì)多，兩相

51、間傳熱傳質(zhì)得到強(qiáng)化，雖兩相間對(duì)流傳熱系數(shù)不高，但單位體積干燥器傳熱面積很大，故干燥強(qiáng)度大。干燥非結(jié)合水時(shí)，蒸發(fā)量60～80%，干燥結(jié)合水時(shí)，蒸發(fā)量也可達(dá)到30～50%。因此流化床干燥特別適宜于處理含水量不高且已處在降速干燥的粉料狀物料。粉狀物料含水量要求為2～5%，粒狀物料要求低于10～15%，否則物料的流動(dòng)性變差。 利用流化床這種類似液體的特性可以設(shè)計(jì)出氣固接觸方式不同的流化床，食品工業(yè)常用的有單層流化床，多層流化

52、床，臥式多室流化床，噴動(dòng)流化床，振動(dòng)流化床等。,流化床干燥器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，活動(dòng)部件少，操作維修方便。與氣流干燥相比，氣速低，阻力小，氣固較易分離，物料與設(shè)備磨損輕；與廂式和回轉(zhuǎn)圓筒干燥器相比，具有物料停留時(shí)間短，干燥速率快的特點(diǎn)。但由于顆粒在床層中高度混合，可能會(huì)引起物料的返混合短路，對(duì)操作控制要求高。為了保證干燥均勻，又要降低氣流壓力降。就要根據(jù)物料特性選用不同結(jié)構(gòu)的流化床干燥器。1.單層流化床干燥器 顆粒

53、靜止高度不能太高，300～400mm之間，否則氣流壓力降增大。床層單一，容易返混短路，會(huì)造成部分物料未經(jīng)完全干燥就離開干燥器，而部分物料又因停留時(shí)間長(zhǎng)而產(chǎn)生干,燥過度現(xiàn)象。因此它適用于較易干燥，對(duì)產(chǎn)品要求又不太高的物料。主要優(yōu)點(diǎn)是物料處理量大，生產(chǎn)能力高。,2.多層流化床干燥器 （1）溢流管式流化床干燥器 調(diào)節(jié)裝置：①菱形堵頭 ②鉸鏈活門 （2）穿流板式流化床干燥器 篩板孔徑應(yīng)比物料直徑大5 ～10

54、倍，一般孔徑為10～20mm，開孔率30～45％，顆粒直徑在0.5～5mm之間，這種干燥器每平方米床層截面可干燥1000～5000kg/h物料。 多層流化床干燥器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流體阻力大,,3.臥式多室流化床 開孔率4～13％，孔徑1.5～2mm，擋板與篩板間距為料層靜止高的1/4～1/2。,4.噴動(dòng)流化床干燥器。 水分含量高的粗顆粒和易粘結(jié)的物料，其流動(dòng)性差。玉米胚芽噴動(dòng)流化干燥器，底部為圓錐形

55、，上部為圓筒形。熱氣流以70m/s的高速?gòu)腻F底進(jìn)入。操作為間歇式的。,5.振動(dòng)流化床：分配段1.2m，流化段1.8m，篩選段10m，70－80s 新型流化干燥器，它適合于干燥顆粒太大或太小，易粘結(jié)不易流化的物料。還可用于有特殊要求的物料，如砂糖干燥要求晶型完整，晶體光亮，顆粒大小均勻等。,（六）氣流干燥 是將粉末或顆粒食品物料懸浮在熱空氣中進(jìn)行干燥的方法。由于熱空氣與濕物料直接接觸，且接觸面積大

56、，強(qiáng)化了傳熱和傳質(zhì)途徑，干燥時(shí)間短。氣流干燥也屬于流態(tài)化干燥技術(shù)之一，具有以下特點(diǎn)：1、顆粒在氣流中高度分散，使氣固相間的傳熱傳質(zhì)的表面積大大增加，再加上有比較高的氣速（20～40m/s），氣體與物料的給熱系數(shù)高達(dá)420～840KJ?m-2?h-1?c-1，因此干燥時(shí)間短。,2、氣固相間并流操作，可使用高溫干燥介質(zhì)（濕淀粉干燥可使用400℃熱空氣），使高溫低濕空氣與濕含量大的物料接觸。由于物料表面積大，汽化迅速，物料溫度為空氣的濕球溫

57、度，而進(jìn)入降速階段，雖然溫度會(huì)回升，但干燥介質(zhì)的溫度已下降很多，物料在出口的溫度也不高，因此整個(gè)干燥過程物料溫度較低。 3、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，處理量大，散熱面積小。,4、適應(yīng)性廣，對(duì)散粒狀物料，最大粒徑可達(dá)10mm；對(duì)于塊狀、膏狀及泥狀物料，可選用粉碎機(jī)與干燥器串連流程，使?jié)裎锪贤瑫r(shí)干燥和粉碎，表面不斷更新，有利于干燥的進(jìn)行。5、氣流干燥一般僅適用于物料進(jìn)行表面蒸發(fā)的恒速過程。對(duì)物料所含水分應(yīng)以機(jī)械結(jié)合水和物理化學(xué)結(jié)合水為主

58、，可獲得最終水分0.3～0.5％的干物料。對(duì)于吸附性或細(xì)胞質(zhì)物料，則很難干燥到水分2～3％以下。對(duì)于水分在物料內(nèi)部的遷移以擴(kuò)散為主的濕物料，則不適用于氣流干燥。,6、氣流干燥中高速氣流使顆粒與顆粒，顆粒與管壁間的碰撞與磨損的機(jī)會(huì)增多，難以保持良好的結(jié)晶型狀和結(jié)晶光澤。容易粘附于干燥管的物料或粒度過細(xì)的物料不適宜采用此干燥方法。 氣流干燥設(shè)備類型很多，按氣流管類型分類有：直管脈沖、倒錐形、套管式、環(huán)形氣流干燥；帶粉

59、碎機(jī)氣流干燥，旋風(fēng)氣流干燥，渦旋氣流干燥。,1、單級(jí)氣流干流機(jī)它屬于直管式小型生產(chǎn)設(shè)備，用于制做淀粉，按含水率為 １３．５％的成品計(jì)，生產(chǎn)率為０.２～０．5t/h ；采用蒸汽加熱的翅片式空氣預(yù)熱器，蒸汽壓為５～７ｋｇ／cm2 ；干燥管 高７～１２ｍ，管 徑３０～４０ｃｍ，管內(nèi)風(fēng)速２０m/s 。,2.兩級(jí)氣流干燥機(jī)該機(jī)是直管中型生產(chǎn)設(shè)備。用于制做淀粉，按含水率 13.5％的成品計(jì)，生產(chǎn)率為 1.2～3.2t/ｈ。采用二級(jí)干燥管可

60、以節(jié)約熱能，降低管的高度。其蒸汽壓力、風(fēng)溫、風(fēng)速、管徑等與一級(jí)干燥機(jī)基本相同。,氣流干燥過程： 在濕物料進(jìn)入干燥器底部瞬間，其上升速度為零，氣流與顆粒間的相對(duì)速度最大。而后顆粒被上升氣流不斷加速，二者相對(duì)速度隨之減少，直至氣體與顆粒間的相對(duì)速度等于顆粒在氣流間的沉降速度時(shí)，顆粒不再被加速而維持恒速上升至干燥器出口。顆粒在氣流中運(yùn)動(dòng)可分為加速和恒速階段。恒速階段氣固間的相對(duì)速度不變，顆粒干燥受氣流的絕對(duì)影響不大，而且

61、氣流干燥一般是粉狀物料，沉淀速度很小，加上熱空氣的渦流和湍動(dòng)，顆粒的運(yùn)動(dòng)速度實(shí)際上接近氣流速度。此外，該階段的傳熱溫差小，所以恒速階段傳熱速率并不很大。從實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在,加料口以上1m左右的干燥管內(nèi)，干燥速率最快，此時(shí)從氣體傳給物料的傳熱量占整個(gè)干燥管傳熱量的1/2～3/4。其原因不僅是由于干燥管底部氣固間的溫差較大，更重要的是氣固間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和接觸情況有利于傳熱和傳質(zhì)。此階段即為加速運(yùn)動(dòng)階段，通常在加料口以上1～3m內(nèi)完成。所以要提高氣

62、流干燥的效率或降低干燥管的高度，就應(yīng)盡量發(fā)揮干燥管底部加速階段的作用，增加顆粒與氣體間的相對(duì)速度，方法：多級(jí)串聯(lián)，采用二級(jí)、三級(jí)串聯(lián)。,1、倒錐形氣流干燥器 呈倒錐形，上大下小，氣流速度由下而上逐漸降低，不同顆粒分別在不同高度上懸浮，互相撞擊直至干燥程度達(dá)到要求時(shí)被氣流帶出干燥器，顆粒在管內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，可降低干燥管高度。2、套管式氣流干燥器 干燥器分為內(nèi)管和外管，物料和氣流一起由內(nèi)管下部進(jìn)入，顆

63、粒在內(nèi)管加速運(yùn)動(dòng)終了時(shí)，由頂部導(dǎo)入內(nèi)外管的環(huán)隙。以較小速度下降排出。節(jié)約能量。,3、脈沖式氣流干燥器：不進(jìn)入等速階段，強(qiáng)化了傳熱途徑。 采用直徑交替縮小和擴(kuò)大的脈沖管代替直管。4、旋風(fēng)氣流干燥器5、環(huán)形氣流干燥器 干燥器設(shè)計(jì)成環(huán)狀（或螺旋狀），主要目的是延長(zhǎng)顆粒在干燥管內(nèi)的停留時(shí)間。（七）噴霧干燥 是采用霧化器將料液分散為霧滴，并用熱空氣干燥霧滴而完成脫水的干燥過程。料液可

64、以是溶液，乳濁液或懸浮液，也可以是,熔融液或膏糊液。干燥產(chǎn)品可根據(jù)生產(chǎn)要求制成粉狀，顆粒狀，空心球或團(tuán)粒狀。 干燥流程：料液送到噴霧干燥塔，空氣經(jīng)過濾和加熱后作為加熱介質(zhì)進(jìn)入干燥室內(nèi)。在干燥塔內(nèi)空氣與霧滴接觸，迅速將霧滴中水分帶走；物料變成小顆粒下降到干燥室的底部，并從底部排出塔外。熱空氣則變成濕空氣，用鼓風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇從塔內(nèi)排出。 干燥過程包括：料液霧化為霧滴；霧滴與空氣接觸；霧滴干燥；干燥產(chǎn)品與空氣分離。霧化的目的

65、是將料液噴灑成直徑為10～60μm的細(xì)滴，以獲得較大的汽化面積。,因此合理的選擇霧化裝置是噴霧干燥的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它不僅直接影響產(chǎn)品品質(zhì)，而且在相當(dāng)程度上影響干燥的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對(duì)熱敏性食品尤其重要。 常用的霧化器有三種：氣流式、壓力式、離心式。氣流式噴霧動(dòng)力消耗大，較少用于大生產(chǎn)。霧滴與空氣接觸的方式有并流式、逆流式、混流式（1）并流式噴霧干燥器（2）逆流式噴霧干燥器（3）混流式噴霧干燥器,這是工廠的噴霧干燥器

66、。噴霧干燥是比較新型的干燥，目前應(yīng)用也比較廣泛。比如奶粉，豆?jié){晶、各種中藥沖劑，都是使用噴霧干燥器，由水劑制成粉粒狀產(chǎn)品的。,對(duì)噴霧干燥機(jī)的要求(1）物料在干燥過程中，凡與物料相接觸的設(shè)備部位， 必須便于清洗滅菌。(2) 應(yīng)采取措施防止焦粉，避免熱空氣產(chǎn)生逆流。(3) 要保證熱風(fēng)潔凈。(4) 為了提高產(chǎn)品的溶解度，速溶性，干燥的產(chǎn)品，應(yīng)迅 速?gòu)母稍锸疫B續(xù)排出，經(jīng)冷卻后包裝。(5) 排風(fēng)溫度不允

67、許超過要求，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全。(6) 對(duì)粘性物料，應(yīng)采取措施盡量減少粘壁現(xiàn)象。,噴霧干燥的特點(diǎn)：（1）蒸發(fā)面積大，料液被霧化后，液體的比表面積非常大。1L料液可被霧化成直徑50μm的液滴146億個(gè)，總面積可達(dá)5400m2,這樣的面積與高溫?zé)峥諝饨佑|，瞬間就可蒸發(fā)95～98％的水分。因此完成干燥時(shí)間很短，一般只需5～40s。（2）干燥過程液滴的溫度較低，雖然采用較高溫度范圍的干燥介質(zhì)（80～800℃），但其排氣溫度不會(huì)很高，因

68、液滴中含大量水時(shí)，其溫度不會(huì)超過熱空氣的濕球溫度（對(duì)奶粉干燥50～60℃），因此非常適合熱敏性物料的干燥，能保持制品的營(yíng)養(yǎng)，色澤和風(fēng)味，制品的純度高且具有良好的分散性和溶解性。,（3）過程簡(jiǎn)單，操作方便，適宜于連續(xù)化生產(chǎn)：噴霧干燥通常適用于濕含量40～60％的溶液，特殊物料即便水含量高達(dá)90％也可不經(jīng)濃縮，同樣一次能干燥成粉狀制品。大部分制品干燥后不需粉碎和篩選，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝過程。對(duì)于制品的粒度，松密度及含水量等質(zhì)量指標(biāo)，可通過改變操