【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 pws)和干燥空氣的水分蒸汽壓 (pwa)兩者之差。 在這一時(shí)期，影響干燥速率的其他因素有空氣流速、溫度、相對(duì)濕度、初始水分含量和食品與干燥空氣接觸的表面積。 描述水分如何跑向表面的對(duì)流質(zhì)量傳遞系數(shù) K，主要是受干燥空氣條件 (速度和溫度 )的影響。 ? 水分子從產(chǎn)品表面釋放到干燥空氣中所需的能量是來自于熱量傳遞。 ? 然而，在干燥的恒速期，熱量傳入產(chǎn)品的速率剛好與蒸發(fā)水量所需要的熱量相平衡。在最簡(jiǎn)單的情況下，干燥的全部熱量來自于吹向食品的干燥空氣，干燥空氣和食品表面之間屬 對(duì)流熱量傳遞 。 ? 但是，有時(shí)在某些干燥室的頂部表面可以有 輻射熱量傳遞 ，或甚至有引起食品內(nèi)部熱量傳遞的微波輻射。如果食品放在一個(gè)固體盤中，除食品表面接觸干燥空氣流外，還有通過對(duì)流和 傳導(dǎo) 兩種方式使熱量傳遞到食品的底部的情況。因此，實(shí)際干燥體系也許涉及到復(fù)雜的熱量傳遞，使干燥分析十分困難。 ? 在只存在 對(duì)流 熱量傳遞這種最簡(jiǎn)單的情況時(shí)，在恒速期所有的熱能都能用于汽化水分。也就是說， 熱量傳遞到食品的速率與水汽化的能量消耗速率相平衡 。 ? 已知干燥速率和汽化潛熱，就能夠求出水汽化消耗熱量的速率。也就是說，對(duì)于表面 (液與汽 )每汽化一個(gè)水分子，就需要一定量與汽化潛熱相當(dāng)?shù)哪芰?。在這些條件下，它們的關(guān)系如下式： 式 (211) ? 在恒速期，傳遞到食品的所有熱量都進(jìn)入汽化的水分中。因此，溫度保持在某一恒定值，該值取決于熱量傳遞機(jī)制。如果干燥僅以對(duì)流方式進(jìn)行，可以看到食品表面的溫度穩(wěn)定為干燥空氣的濕球溫度，也就是說，表面溫度穩(wěn)定在空氣完全被水分所飽和的這一點(diǎn)上。 ? 然而，如果其他熱量傳遞機(jī)制 (輻射、微波、傳導(dǎo) )提供一部分熱量給食品，那么表面溫度不再是濕球溫度，而是稍微高些 (但仍然為恒定值 )，有時(shí)稱為假濕球溫度。 ? 只要水分從食品內(nèi)部遷移到表面的速率足夠快，以至于表面水分含量為恒定時(shí)，恒速干燥期就會(huì)持續(xù)。 ? 當(dāng)水分從內(nèi)部遷移比表面蒸發(fā)慢時(shí)，恒速期就停止。此時(shí)食品的水分含量表示為 Mc。此時(shí)公式 (2— 11)不再適用。 ? 然而，在 恒速期的干燥時(shí)間（ tcrp）可通過該公式從初始水分含量 (M)到臨界水分含量 (Mc)積分而得到。 （式 212） 注意這個(gè)方程式只有在對(duì)流熱傳遞時(shí)才適用。當(dāng)應(yīng)用其他熱傳遞機(jī)制時(shí)，這個(gè)方程式需修正以解釋這些作用。 ? 恒速階段的長(zhǎng)短取決于干制過程中食品內(nèi)部水分遷移 (決定于它的導(dǎo)濕性 )與食品表面水分蒸發(fā)或外部水分?jǐn)U散速度的大小。 ? 若內(nèi)部水分轉(zhuǎn)移速度大于表面水分?jǐn)U散速度，則恒速階段可以延長(zhǎng)；否則，就不存在恒速干燥階段。 ? 例如水分為 75％～ 90％的蘋果干制時(shí)需經(jīng)歷恒速和降速干燥階段，而水分為 9％的花生米干制時(shí)僅經(jīng)歷降速干燥階段。 2．降速期 (FRP) ? 在干燥后期，一旦達(dá)到臨界水分含量 Mc，水分從表面跑向干燥空氣中的速率就會(huì)快于水分補(bǔ)充到表面的速率。在降速期，食品中水分含量分布取決于干燥條件，在塊狀中央水分含量最高，在表面為最低。 ? 在這樣的條件下，內(nèi)部質(zhì)量傳遞機(jī)制影響了干燥快慢。在食品中水分遷移有幾種方式，在某一給定的干燥條件下，可存在一種或多種干燥機(jī)制。 (1)液體擴(kuò)散； (2)蒸汽擴(kuò)散； (3)毛細(xì)管流動(dòng)； (4)壓力流動(dòng)； (5)熱力流動(dòng) 一旦表面的水分含量減少到低于食品中剩余水分的含量時(shí)，水分遷移到表面的推動(dòng)力是擴(kuò)散，擴(kuò)散的速率取決于食品的性質(zhì)、溫度和表面與體相之間的濃度差。 有時(shí)在產(chǎn)品表面之下存在汽化作用 (特別在長(zhǎng)時(shí)間干燥時(shí) )，此時(shí)水分子以蒸汽形式擴(kuò)散通過食品到干燥空氣中。蒸汽擴(kuò)散是因?yàn)檎羝麎翰?，干燥空氣的蒸汽壓決定擴(kuò)散速率。 表面張力也能影響食品結(jié)構(gòu)中水分遷移，特別是對(duì)于多孔狀的食品。根據(jù)多孔食品基質(zhì)的性質(zhì)和定向，毛細(xì)管流動(dòng)可通過其他機(jī)制增加或阻止水分遷移。 干燥空氣和食品內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的壓力差會(huì)引起水分遷移。 食品表面和食品內(nèi)部之間的溫度差會(huì)阻止水分遷移到表面，這方面在干燥后期尤其重要。 ? 在干燥過程中，可應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)機(jī)制，每種機(jī)制的相關(guān)作用在干燥過程中可以變化。 ? 例如，在降速期的早期，液體擴(kuò)散是內(nèi)部質(zhì)量傳遞的控制機(jī)制，而在干燥后期，由熱力流動(dòng)和蒸汽擴(kuò)散共同控制干燥。因此，在降速期要預(yù)測(cè)干燥速率常常是困難的。 ? 一旦食品中水分含量與干燥空氣達(dá)到平衡(這可通過解吸等溫線來測(cè)定 )，則干燥不再發(fā)生。 ? 然而，干燥在食品達(dá)到平衡前停止，那么在干燥過程中存在的濕度梯度就會(huì)逐漸平衡，直到整塊食品達(dá)到相同的平均水分含量。 ? 對(duì)于食品干燥過程特性以導(dǎo)濕性和導(dǎo)濕溫性解釋如表 2— 4。 ? 干燥曲線的特征因水分和物料結(jié)合形式、水分?jǐn)U散歷程、物料結(jié)構(gòu)和形狀大小而異。 ? 外部擴(kuò)散速率取決于溫度、空氣、濕度、流速以及表面蒸發(fā)面積、形狀等。 ? 物料內(nèi)部水分轉(zhuǎn)移機(jī)制、水分蒸發(fā)的推動(dòng)力以及水分從物料表面經(jīng)邊界層向周圍介質(zhì)擴(kuò)散的機(jī)制都將對(duì)物料干制過程的特性產(chǎn)生影響；此外，食品干燥是把水分蒸發(fā)簡(jiǎn)單地限定在物料表面進(jìn)行，事實(shí)上水分蒸發(fā)也會(huì)在它內(nèi)部某些部分或甚至于全面進(jìn)行，因而，其情況比所討論的要復(fù)雜得多。 三、影響干制的因素 ? 干制過程就是水分的轉(zhuǎn)移和熱量的傳遞，即濕熱傳遞，對(duì)這一過程的影響因素主要取決于干制條件（由干燥設(shè)備類型和操作狀況決定）以及干燥物料的性質(zhì)。 （一）干制條件的影響 （ 1）溫度 ? 對(duì)于空氣作為干燥介質(zhì)，提高空氣溫度，干燥加快。 ? 由于溫度提高，傳熱介質(zhì)與食品間溫差越大，熱量向食品傳遞的速率越大，水分外逸速率因而加速。 ? 對(duì)于一定相對(duì)濕度的空氣，隨著溫度提高，空氣相對(duì)飽和濕度下降，這會(huì)使水分從食品表面擴(kuò)散的動(dòng)力更大。 ? 另外，溫度高水分?jǐn)U散速率也加快，使內(nèi)部干燥加速。 ? 注 意： ? 若以空氣作為干燥介質(zhì)，溫度并非主要因素，因?yàn)槭称穬?nèi)水分以水蒸汽的形式外逸時(shí)，將在其表面形成飽和水蒸汽層 ,若不及時(shí)排除掉，將阻礙食品內(nèi)水分進(jìn)一步外逸，從而降低了水分的蒸發(fā)速度 .故溫度的影響也將因此而下降。 （ 2）空氣流速 ? 空氣流速加快，食品干燥速率也加速。 ? 不僅因?yàn)闊峥諝馑苋菁{的水蒸氣量將高于冷空氣而吸收較多的水分；還能及時(shí)將聚集在食品表面附近的飽和濕空氣帶走，以免阻止食品內(nèi)水分進(jìn)一步蒸發(fā)；同時(shí)還因和食品表面接觸的空氣量增加，而顯著加速食品中水分的蒸發(fā)。 （ 3）空氣相對(duì)濕度 ? 脫水干制時(shí)，如果用空氣作為干燥介質(zhì)，空氣相對(duì)濕度越低，食品干燥速率也越快。近于飽和的濕空氣進(jìn)一步吸收水分的能力遠(yuǎn)比干燥空氣差。飽和的濕空氣不能在進(jìn)一步吸收來自食品的蒸發(fā)水分。 脫水干制時(shí)，食品的水分能下降的程度也是由空氣濕度所決定。食品的水分始終要和周圍空氣的濕度處于平衡狀態(tài)。 干制時(shí)最有效的空氣溫度和相對(duì)濕度可以從各種食品的吸濕等溫線上尋找。 （ 4）大氣壓力和真空度 ? 氣壓影響水的平衡，因而能夠影響干燥，當(dāng)真空下干燥時(shí)，空氣的蒸汽壓減少，在恒速階段干燥更快。 ? 氣壓下降，水沸點(diǎn)相應(yīng)下降，氣壓愈低，沸點(diǎn)也愈低，溫度不變，氣壓降低則沸騰愈加速。 ? 但是，若干制由內(nèi)部水分轉(zhuǎn)移限制 ，則真空干燥對(duì)干燥速率影響不大。 （二）食品性質(zhì)的影響 （ 1）表面積 ? 水分子從食品內(nèi)部行走的距離決定了食品被干燥的快慢。 ? 小顆粒，薄片，易干燥，快。 （ 2）組分定向 ? 水分在食品內(nèi)的轉(zhuǎn)移在不同方向上差別很大，這取決于食品組分的定向。 ? 例如：芹菜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，沿著長(zhǎng)度方向比橫穿細(xì)胞結(jié)構(gòu)的方向干燥要快得多。在肉類蛋白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)中，也存在類似行為。 （ 3）細(xì)胞結(jié)構(gòu) ? 細(xì)胞結(jié)構(gòu)間的水分比細(xì)胞內(nèi)的水更容易除去。 （ 4）溶質(zhì)的類型和濃度 ? 溶質(zhì)與水相互作用，抑制水分子遷移，降低水分轉(zhuǎn)移速率，干燥慢。 四、合理選用干制工藝條件 ? 食品干制工藝條件主要由干制過程中控制干燥速率、物料臨界水分和干制食品品質(zhì)的主要參變數(shù)組成。比如：以熱空氣為干燥介質(zhì)時(shí)，其溫度、相對(duì)濕度和食品的溫度為它的主要工藝條件。 ? 最適宜的干制工藝條件為：使干制時(shí)間最短、熱能和電能的消耗量最低、干制品的質(zhì)量最高。它隨食品種類而不同。 如何選用合理的工藝條件： （ 1）使食品表面的蒸發(fā)速率盡可能等于食品內(nèi)部的水分?jǐn)U散速率，同時(shí)力求避免在食品內(nèi)部建立起和濕度梯度方向相反的溫度梯度，以免降低食品內(nèi)部的水分?jǐn)U散速率。 ? 在導(dǎo)熱性較小的食品中，若水分蒸發(fā)速率大于食品內(nèi)部的水分?jǐn)U散速率，則表面會(huì)迅速干燥，表層溫度升高到介質(zhì)溫度，建立溫度梯度，更不利于內(nèi)部水分向外擴(kuò)散，而形成干硬膜。 ? 辦法 需降低空氣溫度和流速，提高空氣相對(duì)濕度。 （ 2）恒率干燥階段，為了加速蒸發(fā)，在保證食品表面的蒸發(fā)速率不超過食品內(nèi)部的水分?jǐn)U散速率的原則下，允許盡可能提高空氣溫度。 ? 此時(shí)，所提供的熱量主要用于水分的蒸發(fā)，物料表面溫度是濕球溫度。 （ 3）降率干燥階段時(shí)，應(yīng)設(shè)法降低表面蒸發(fā)速率，使它能和逐步降低了的內(nèi)部水分?jǐn)U散率一致，以免食品表面過度受熱，導(dǎo)致不良后果。 ? 為此，可降低空氣溫度和流速，提高空氣相對(duì)濕度 (如加入新鮮空氣 )進(jìn)行控制。 ? 要降低干燥介質(zhì)的溫度，務(wù)使食品溫度上升到干球溫度時(shí)不致超出導(dǎo)致品質(zhì)變化（如糖分焦化）的極限溫度（一般為90℃ ）。 （ 4）干燥末期干燥介質(zhì)的相對(duì)濕度應(yīng)根據(jù)預(yù)期干制品水分加以選用。 ? 一般達(dá)到與當(dāng)時(shí)介質(zhì)溫度和相對(duì)濕度條件相適應(yīng)的平衡水分。 ? 如干制品水分低于當(dāng)時(shí)介質(zhì)溫度和相對(duì)濕度條件相適應(yīng)的平衡水分時(shí)，這就要求降低空氣相對(duì)濕度，才能達(dá)到最后干制品水分的要求。 第四節(jié) 干制對(duì)食品品質(zhì)的影響 一、干制過程中食品的 物理變化 ? 物理變化形式： ? 食品干制時(shí)常出現(xiàn)的物理變化有干縮、干裂、表面硬化、多孔性形成和熱塑性的出現(xiàn)。 （ 1）干縮、干裂 ? 細(xì)胞失去活力后，它仍能不同程度地保持原有的彈性，但受力過大，超出彈性極限，即使外力消失，它也難以恢復(fù)原有狀態(tài)， ? 干縮正是物料失去彈性時(shí)出現(xiàn)的一種變化，是食品干制時(shí)最常見最顯著變化之一。 A均勻收縮： ? 物料全面均勻的失去水分時(shí)，物料將隨水分的消失均衡地進(jìn)行 線性收縮 ，即物料大小均勻地按比例收縮。變的結(jié)構(gòu)致密不易干燥，例如掛面。復(fù)水緩慢、包裝材料和儲(chǔ)運(yùn)費(fèi)省。 B 非均勻收縮： ? 高溫快速干燥時(shí)，食品塊片表面層遠(yuǎn)在物料中心干燥前已干硬。之后中心干燥和收縮時(shí)就會(huì)脫離干燥膜而出現(xiàn)內(nèi)裂，孔隙和蜂窩狀結(jié)構(gòu)，表面干硬膜不出現(xiàn)凹面。疏松，多孔性，內(nèi)部可出現(xiàn)干裂。 ? 例如方便面 容易吸水，復(fù)原迅速。和物料原狀相似，但包裝儲(chǔ)藏費(fèi)用高，內(nèi)部多孔易氧化，以至儲(chǔ)藏期短。 ? 表面蒸發(fā)率大于內(nèi)部擴(kuò)散率會(huì)出現(xiàn)干裂。 （ 2）表面硬化 ? 表面硬化實(shí)際上是食品表面收縮和封閉的一種特殊現(xiàn)象。 ? 當(dāng)干制速率很高時(shí)，內(nèi)部水分來不及轉(zhuǎn)移到物料表面，使表面迅速形成一層干燥薄膜，它的滲透性極低，以至將大部分殘留水分保留在食品內(nèi)，使干燥速率急劇下降。 ? 塊片狀和漿質(zhì)態(tài)食品內(nèi)通常存在有大小不一的氣孔，裂縫和微孔。食品內(nèi)的水分經(jīng)微孔，裂縫和微孔或毛細(xì)管上升，其中有不少能上升到物料表面蒸發(fā)掉，以至它的溶質(zhì)殘留在表面上。干制初期某些水果表面上積有含糖的粘質(zhì)滲出物，其原因就在于此。這些物質(zhì)會(huì)將干制時(shí)正在收縮的微孔和裂縫封閉。 ? 在微孔收縮和被溶質(zhì)堵塞的雙重作用下表面硬化。 ? 此時(shí)，若降低食品表面溫度使物料緩慢干燥，一般就能延緩表面硬化。 （ 3）物料內(nèi)部多孔性的形成 ? 快速干燥時(shí)表面硬化及內(nèi)部蒸汽壓的迅速蒸發(fā)會(huì)促使物料成為多孔性制品。加有不會(huì)消失的發(fā)泡劑并經(jīng)攪打發(fā)泡而形成穩(wěn)定泡沫狀的液體或漿質(zhì)體食品干燥后，也能成為多孔性制品，真空干燥時(shí)的高度真空也會(huì)促使水蒸氣迅速蒸發(fā)并向外擴(kuò)散，從而制成多孔性的制品?？裳杆?gòu)?fù)水。 （ 4）熱塑性的出現(xiàn) ? 熱塑性物料：加熱時(shí)會(huì)軟化的物料。 ? 不少食品是熱塑性物料。如糖分含量高的果蔬汁就屬于這類食品，例如橙汁在坩堝干燒時(shí)，水分雖以全部蒸發(fā)掉，殘留固體物質(zhì)仍象保持水分那樣是熱塑性粘質(zhì)狀態(tài)，黏結(jié)在上難以取下，冷卻時(shí)會(huì)硬化成結(jié)晶體而僵化，便于取下。為此，大多數(shù)常式干燥設(shè)備內(nèi)常設(shè)有冷卻區(qū)。 二、 干制過程中食品的 化學(xué)變化 營(yíng)養(yǎng)物的損失 ? 脫水干制后，食品失去水分，故殘留物中營(yíng)養(yǎng)成分的含量增加。 ① 蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)損失小。 ②碳水化合物； ? 加熱時(shí)碳水化合物含量高的食品極易焦化。曬干初期呼吸作用導(dǎo)致糖分分解。還會(huì)發(fā)生糖與氨基酸反應(yīng)而出現(xiàn)褐變。 ? 果蔬中碳水化合物含量較高，它的變化會(huì)