食品工艺学

第一节 食品干藏原理 1. 水分活度

我们把食品中水的逸度和纯水的逸度之比称为水分活度。

水分逃逸的趋势通常可以近似地用水的蒸汽压来表示，在低压或室温时，f/f0 和P/P0之差非常小（<1%），故用P/P0来定义aW是合理的。

(1) 定义 Aw = P/P0其中 P：食品中水的蒸汽分压 P0：纯水的蒸汽压（相同温度下纯水的饱和蒸汽压）

水分活度大小取决于：水存在的量；温度；水中溶质的浓度、食品成分、水与非水部分结合的强度

表2-1 常见食品中水分含量与水分活度的关系 (2)测量 利用定义;利用平衡相对湿度的概念 aW×100=相对湿度

具体方法参考 Food engineering properties M.M.A.Mao 2. 水分活度对食品的影响

大多数情况下，食品的稳定性（腐败、酶解、化学反应等）与水分活度是紧密相关的。

（1）水分活度与微生物生长的关系 p15 图1-1-1； （2）干制对微生物的影响 p18

（3）水分活度与酶反应和化学反应的关系

思考题

1. 水分活度概念

2. 水分活度对微生物的影响

3. 水分活度对酶及其它反应的影响

3. 食品中水分含量（M）与水分活度之间的关系 (1)水分吸附等温线的认识

(2)温度对水分吸附等温线的影响

(3)水分吸附等温线的应用 以珍味鱼干、小麦干制等为例说明 4. 对食品干制的基本要求

(1)原料质量 (2)操作环境 (3)原料预处理 (4)干制后食品的水分 二.干藏原理

– 将食品中的水分活度降到一定程度，使食品能在一定的保质期内不受微生物作用而腐败，同时能维持一定的质构不变即控制生化反应及其它反应。 如果干制食品发生腐败变质 – 原因

1. 微生物污染（霉变），是否水分活度不足以控制微生物 2. 脂肪蛤败 3. 虫害

思考题

1. 水分活度对微生物、酶及其它反应有什么影响？简述干藏原理

2. 在北方生产的紫菜片，运到南方，出现霉变，是什么原因，如何控制？

第二节 食品液体的浓缩

– 浓缩方式

(1)膜浓缩 (2)蒸发 (3)冷冻浓缩 – 不同浓缩方式的比较

表1 不同浓缩方法的能量效率和浓缩程度 一、膜浓缩

– 种类与应用

膜浓缩主要采用反渗透与超滤两种

– 反渗透主要用于分离水与低分子量溶液，这些溶液具有高渗透压。 – 超滤用于从高分子量物料（如蛋白质、多糖）中分离低分子量物料。 2. 反渗透的原理 3. 超滤的原理

– 与反渗透类似，驱动力也是渗透压与外加压力的差。 – 差别是超滤不能截留低分子量物料，但反渗透可以。 4. 膜

? 反渗透膜

– 通常采用醋酸纤维、聚丙烯晴、聚酰胺、聚亚酰胺等具有高度稳定性和高强度并具有要求通透性的材料 ? 超滤膜

– 通常采用聚砜、聚酰胺、聚氧乙烯、聚碳酸酯、聚酯、刚性醋酸酯等材料 – 结构通常有两种一种为微孔膜主要用于卷式、板式和管式膜；另一种为中空纤维膜，用于中空纤维系膜系统。 5. 设备6.膜浓缩的应用

在处理稀溶液时反渗透可能是最经济的浓缩方式;食品工业中最大的商业化应用是乳清浓缩. 其他还包括

– 蒸发前果汁的浓缩

– 柠檬酸、咖啡、淀粉糖浆、天然提取物 – 乳清脱盐（但保留糖） – 纯化水

超滤的最大应用也是乳制品行业，如预浓缩，选择性脱乳糖或脱盐，分离功能性成分。其它应用包括：

– 酶、其它蛋白质或多糖的分离、浓缩 – 除菌 – 酿造工业 – 果汁澄清

– 反渗透之前的预处理

例1 乳清分离过程中超滤、反渗透的应用

例3 苹果汁澄清常规方法A与膜处理方法B的比较

思考题

1. 膜分离的种类主要有哪些？各自的分离范围和原理是什么？

2. 举例说明膜浓缩的应用。假设一食品体系中含有大分子的多糖（分子量大于10万），蛋白质（分子量5万左右），低分子多肽，低聚糖（聚合度小于10），单糖和矿物质，请问如何分离并浓缩？

二、蒸发

1. 蒸发原理 (1)传热与传质 (2)热量与质量的平衡原理 (3)影响传热因素: 温差、传热面沉淀、界面膜 2. 影响蒸发经济性的因素

– 由于发泡和夹带等引起的物料损失 – 能量消耗，减少能量消耗的方法 – 二次蒸汽再压缩 – 二次蒸汽再加热

– 多效蒸发（多效系统的数量取决于节省的能量与操作费用的增加比较） 3. 蒸发设备

4. 蒸发对食品的影响 – 风味

– 风味物质损失

解决方法包括: A 将浓缩物与部分新鲜物料混合，以提高风味；B 风味物质回收 – 风味劣变 – 颜色 – 加深

– 营养物质损失 5. 蒸发设备的选择 三 冷冻浓缩

? 冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。

? 采用冷冻浓缩方法，溶液在浓度上是有限度的（溶质浓度不能超过低共熔浓度）。

? 操作包括两个步骤，首先是部分水分从水溶液中结晶析出，而后将冰晶与浓缩液加以分离。

? 特别适合于热敏性食品的浓缩，避免芳香物质因加热所造成的挥发损失。

思考题

– 常用的浓缩方法有哪些？如何选择合理的浓缩途径？

第三节 干燥

一、食品干制的基本原理 1. 食品水分的吸收和解吸 2. 食品干制过程特性 （1）干燥曲线

– 干制过程中食品绝对水分和干制时间的关系曲线

– 干燥时，食品水分在短暂的平衡后，出现快速下降，几乎时直线下降，当达到较低水分含量时（第一临界水分），干燥速率减慢，随后达到平衡水分。 （2）干燥速率曲线

– 随着热量的传递，干燥速率很快达到最高值，然后稳定不变，此时为恒率干燥阶段，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 （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。

曲线特征的变化主要是内部水分扩散与表面水分蒸发或外部水分扩散所决定

– 食品干制过程特性总结：干制过程中食品内部水分扩散大于食品表面水分蒸发或外部水分扩散，则恒率阶段可以延长，若内部水分扩散速率低于表面水分扩散，就不存在恒率干燥阶段。

– 外部很容易理解，取决于温度、空气、湿度、流速以及表面蒸发面积、形状等

– 那么内部水分扩散速率的影响因素或决定因素是什么呢？

二、干燥机制

温度梯度 表面水分扩散到空气中 内部水分转移到表面 水分梯度 Food H2O

干制过程中潮湿食品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。 同时，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。? 1. 导湿性 水分梯度

若用W绝 表示等湿面湿含量或水分含量（kg/kg干物质），则沿法线方向相距Δn的另一等湿面上的湿含量为W绝+Δ W绝 ，那么物体内的水分梯度grad W绝 则为：

grad W绝= lim （ Δ W绝 /Δn）= W绝/ n Δn 0

W绝—— 物体内的湿含量，即每千克干物质内的水分含量（千克） Δn—— 物料内等湿面间的垂直距离（米） 导湿性引起的水分转移量可按照下述公式求得：

i水= -Kγ0（ W绝/ n）= -Kγ0 W绝千克/米2?小时

其中： i水:物料内水分转移量，单位时间内单位面积上的水分转移量（kg/kg干物质?米2?小时）

K—— 导湿系数（米2?小时）

γ0 —— 单位潮湿物料容积内绝对干物质重量 （kg干物质/米2 ）

W绝—— 物料水分（kg/kg干物质）

水分转移的方向与水分梯度的方向相反，所以式中带负号。 需要注意的一点是：

(1)导湿系数在干燥过程中并非稳定不变的，它随着物料温度和水分而异。