食品加工与保藏原理——食品的干制保藏

这是一篇关于食品加工与保藏原理——食品的干制保藏的思维导图，主要内容有概述、原理、食品干制的过程、食品干制的方法等。

食品的干制保藏

• 概述
  • 食品的脱水、干制 dehydration
    • 食品中移除水分
    • 不导致或几乎不导致食品性质的其他变化
    • 长期保藏
  • 食品干制
    • 自然或人工控制条件
    • 加热蒸发脱水
    • 水分含量将至15%以下
    • 种类
      • 自然干制
        • 晒干
        • 风干
      • 人工干制
        • 热空气干制
        • 真空干制
        • 冷冻干制
  • 干制加工优点
    • 延长保质期
    • 方便
    • 对设备无特殊要求
    • 重量减轻、体积减小，节省包装和运输费用
• 原理
  • 将食品水分降低到足以防止其腐败变质的水平后，继续保持低水分进行长期贮藏
  • 为什么低水分可以防止腐败
    • 概述
      • 微生物摄取营养、排泄废物需以水为溶剂或介质
      • 不同微生物，同种微生物的不同生长阶段所需水分不同
      • 酶发挥作用
      • 化学反应
    • 食品中水分存在的形式
      • 化学结合水：-40℃难以冻结，不可利用，难以除去
      • 吸附结合水（不易流动水）：渗透、结构结合水、机械结合水
      • 游离水——干制除去的主要对象
    • 水分活度与食品稳定性
      • 与微生物
        • 生长发育
          • 假单胞菌0.96→耐干霉菌0.60
          • 芽孢发育、产毒素需要较高的水分活度
        • 耐热性
          • 细菌及其孢子耐热性随水分活度的降低而升高
        • 影响
          • 食品与微生物同时脱水，微生物长期休眠而非杀死
            • 虫卵也如此
          • 干藏过程中，微生物数量逐渐减少，复水后残留微生物可开始生长
      • 与酶促反应
        • 水分减少，酶活降低，但相对地底物、酶浓度增加，反应加速→低水分干制品吸潮后酶会缓慢活动，水分降至1%以下酶活才有可能完全。【干制后酶的热稳定性增加
          • 干制前湿热钝化
      • 对其他化学反应的影响
        • 维生素损失
          • vc：低水分活度较稳定
          • 脂溶性维生素与脂肪氧化有关
• 食品干制的过程
  • 影响湿热传递的重要因素
    • 干制条件
      • 介质温度
        • 温差大，水分外逸速度快
        • 介质为空气时，温度所起作用有限（导热）
          • 相对湿度
          • 流速
      • 空气相对湿度RH
        • RH越低，食品表面与空气蒸汽压差越大，速度越快
        • 决定干制程度
      • 空气流速
        • 重要因素
        • 速度大→对流传热系数大，防止在食品表面形成饱和空气层
      • 大气压力和真空度
        • 真空下沸点低
        • 保持温度恒定，提高真空度→蒸发速度快
        • 加热真空容器
    • 食品性质
      • 食品表面积
        • 表面积大→湿热传递速度加快
      • 组分定向
        • 食品微结构定向影响水分转移
        • 不同方向转移速率差别大
        • 芹菜纤维方向比横穿纤维方向快
      • 细胞结构
        • 细胞间水分易除去
        • 细胞结构破坏（死亡、漂烫）更易干燥
      • 溶质类型和浓度
        • 食品组成决定干制时水分流动性
        • 高浓度溶质
          • 降低水分活度，提高黏度
          • 提高沸点，影响气化
          • 表面形成硬壳，组织水分蒸发
  • 相关概念
    • 概述
      • 从外界吸收足够热量，使其水分向环境转移，水分含量降低
      • 湿热传递
        • 热量交换
        • 质量交换
    • 比热
      • 单位质量的食品升高/降低单位温度吸收/放出的热量
      • 干物质比热与所含水分比热的平均值
    • 导热系数
      • 表征传递热量的能力
      • 方式
        • 内含空气、液体孔隙——对流传热
        • 固体间架——导热
        • 孔隙壁与壁——辐射
      • 导热系数
        • 含水量
        • 温度
        • 干制过程中可变
          • 水分含量10~20%，导热系数与水分含量关系（麦粒）
          • 空气导热系数＜水导热系数
          • 水分含量降低，导热系数减小
    • 导温系数
      • 表征食品加热/冷却快慢的物理量
      • 影响因素
        • 温度
          • 温度升高，导温系数越大
        • 含水量
          • 小麦导温系数随含水量变化出现极大值
  • 湿热传递
    • 干制过程，湿物料内部水分转移方向由导湿性和导湿温性共同决定
    • 热传递
      • 食品从加热介质吸收热量，温度升高至蒸发温度
    • 湿传递
      • 2过程
        • 给湿过程：水分从表面向外界蒸发转移
          • 环境空气不饱和
          • 水分蒸发强度——道尔顿公式
        • 导湿过程：内部水分向表面扩散转移
          • 食品中水分迁移
          • 水分梯度：水分含量差异
      • 导湿温性
        • 温度梯度：食品表面温度高于内部
        • 温度梯度促使水分从高温向低温转移
          • 与干燥所需的水分转移方向相反
  • 特性
    • 干制过程中物料水分分类
      • 平衡水分
        • 空气湿度不饱和时
        • 食品中水分蒸汽压=空气中水分蒸汽压时
        • 食品的水分
        • 影响因素
          • 食品种类
          • 空气温度
          • 相对湿度
      • 吸湿水分
        • 空气湿度100%时的平衡水分
      • 湿润水分
        • 超出吸湿水分的水分
      • 平衡湿度曲线
        • 恒温空气中食品平衡水分和相对湿度的关系
    • 干燥曲线
      • 食品含水量随干燥时间而变化
      • • 初期;含水量几乎不变，取决于食品厚度
        • 中期：含水量直线下降
        • 末期：速度放缓，达平衡含水量时停止
    • 干燥速度曲线
      • 干燥过程中任何时间的干燥速度与该时间的食品绝对水分之间的关系
      • • 初期：干燥速度迅速增至最大值
        • 中期：恒定——恒速干燥期
        • 末期：水分含量降至第一临界点，速度下降——降速干燥期
    • 干燥温度曲线
      • 食品温度与其含水量间的关系
      • • 初期：表面温度很快达到湿球温度
        • 中期：恒率干燥期，表面温度不变
        • 吸收热量全部用于蒸发
        • 末期：第一临界点，温度升高→加热空气温度
          • 水分扩散＜水分蒸发，吸收热量＞蒸发热量，温度升高
  • 合理选用干制工艺条件
    • 表面水分蒸发速度≈内部水分扩散速度
    • 避免内部形成较大温度梯度
      • 降低干燥速度
      • 表面硬化
    • 恒速干燥阶段
      • 蒸发速率不超过内部水分扩散速率
      • 尽可能提高空气温度
    • 降速干燥阶段
      • 降低表面蒸发速率
      • 尽量保持内部水分扩散率一致
      • 以免食品表面过热
    • 干燥后期
      • 根据预期干制品含水量对空气相对湿度加以调整
  • 干制时间的计算
• 食品干制的方法
  • 自然干制
    • 晒干
    • 风干
    • 阴干
  • 人工干制
    • 常压空气对流干燥
      • 固定接触式
        • 特点
          • 间歇型，小批量
          • 容量小，费用高
          • 温度＜94℃，空气流速2~4m/s
          • 对象
            • 果蔬或高价食品
            • 中试设备，摸索干制特点，为大规模化生产提供依据
        • 箱式
          • 类型
            • 平流式
            • 穿流式
          • 与托盘接触，干燥不均匀
            • 网眼托盘
        • 隧道式
          • 适用范围最广泛
            • 操作简便
            • 速度快、量大
            • 均匀
            • 质量好
          • 方向
            • 按温度
              • 热端
              • 冷端
            • 按湿物料进出
              • 湿端
              • 干端
          • 类型
            • 顺流
              • 过程
                • 初期：湿物料+干空气，迅速干燥→皱缩
                • 末期：干物料+湿空气，最终含水量＞10%，开裂、多孔
              • 前期快，后期慢，不适宜吸湿性大的
              • 前期温度可达80~90℃
            • 逆流
              • 过程
                • 初期：湿物料+湿空气，不易硬化
                • 末期：干物料+干空气，可能焦化，含水量＜5%
              • 前期慢，后期快
              • 超过额定量可能会造成前期食品发酸发臭【湿度高，吸湿
              • 后期不宜超过66~77℃
            • 混合式
              • 过程
                • 前期：顺流
                • 后期：逆流
                • 综合速度快的，克服二者缺点
              • 费用升高
        • 带式
          • 食品均匀铺在传送带上，热空气垂直或水平吹过，配以排湿系统
          • 表面积大，蒸发距离短，物料与空气紧密接触，效率高
          • 可设置多层传送带，掉落时起到反转作用
          • 蔬菜、饲料、味精鸡精、椰蓉
        • 泡沫式
          • 液态或浆状物料制成稳定泡沫，在支持物上铺展成薄层（1.5mm
          • 接触面大，初期水分蒸发快
            • 可选用顺流、逆流混合式干燥
          • 水果粉等易发泡食品
      • 悬浮接触式
        • 气流式
          • 粉状、颗粒状食品在热空气流中干燥
          • 食品经热空气自下往上吹起，旋风分离器/扩大管道面积收集
          • 含水量＜30~40%，潮湿状态下仍能自由流动
            • 淀粉
            • 葡萄糖
            • 面粉
            • 肉丁
          • 操作简单，热损失小，速度快；阻力大，设备体积大，易产生颗粒磨损
        • 流化床式
          • 颗粒食品在干燥床上呈流化状态或缓慢沸腾状态
            • 气流使颗粒形成沸腾状
            • 相互碰撞、混合剧烈
          • 粉状【固体饮料造粒后二段干燥
          • 振动流化床
            • 振动力抛掷，热空气穿过振动板
            • 颗粒太粗或太细，易粘接不易流化的食品
        • 喷雾式
          • 液态、浆状食品喷成雾状液滴，悬浮在热空气气流中
          • 设备
            • 雾化系统
              • 压力喷雾
                • 高压下通过细孔，与空气摩擦而雾化
                  • 可通过压力控制液滴大小
                • 特点
                  • 优点
                    • 结构简单，便宜
                    • 多个喷嘴同时生产
                    • 顺、逆、卧、立干燥均可
                    • 动力消耗少
                    • 产品蓬松
                  • 缺点
                    • 高压泵
                    • 喷嘴易堵塞、磨损
                    • 不适宜高粘度物质
              • 气流喷雾
                • 料液走管程，空气走壳程，二者速度差大，摩擦撕裂
                • 特点
                  • 优点
                    • 粒径小、粘度高的物料
                    • 结构简单
                    • 并流、逆流皆可
                  • 缺点
                    • 动力消耗大
                    • 不适宜大型设备
                    • 颗粒均匀性差
              • 离心喷雾
                • 液体泵入高速旋转盘，离心力作用下自盘边孔眼外逸而分散
                • 特点
                  • 优点
                    • 操作简单，适合高粘度、高浓度物料
                    • 操作弹性大
                    • 不易堵塞，操作压力低
                    • 颗粒呈球形，外观规则整齐
                  • 缺点
                    • 结构复杂、造价高、占地大
                    • 仅可用立式干燥机，并流操作
                    • 制品松，密度小
            • 空气加热系统
            • 干燥室
              • 多采用立式干燥室
              • 卧式受重力影响，时间短，难拆卸
            • 空气粉末分离系统
            • 鼓风机
          • 特点
            • 优点
              • 湿含量40~60%
              • 蒸发面积大
              • 时间短
              • 温度低，适合热敏性物料
              • 过程简单，可连续化生产
            • 缺点
              • 单位耗热量大，设备热效率低，30~40%
    • 接触式干燥
      • 滚筒式
        • 高压蒸汽快速干燥，表面温度100~145℃，接触时间2s~几min
        • 费用低，带煮熟风味
        • 浆状、泥状、液态，受热影响不大的食品，如麦片、米粉
      • 带式真空干燥
        • 连续干燥
        • 物料预热，均匀铺展，带下加热（各段温度可调），粉碎机造粒
        • 时间短，速度快，形成多孔状，防止污染，高浓度、高粘度
        • 结构复杂，成本较高
        • 果汁、牛奶、速溶咖啡、水解鱼蛋白
    • 冷冻干燥——升华干燥
      • 三相点
      • 过程
        • 冻结
          • 自冻法（闪蒸）
            • 真空下闪蒸吸收汽化潜热
            • 形态破坏——粉状
          • 预冻法
        • 干燥
          • 初级干燥
            • 冰晶全部升华，95%水分
          • 二级干燥
            • 较高温度&较低绝对压力
      • 特点
        • 低温无氧
          • 热敏、易氧化
          • 保留色香味、营养
          • 有稳定骨架，疏松多孔易复水
          • 避免溶质迁移、表面硬话
          • 节能
          • 成本高
    • 辐射干燥
      • 热源：电磁波，内部加热法，均匀
      • 红外
        • 食品吸收电磁波，分子原子振动，电能转化为热能
        • 灯泡式、金属式、陶瓷式
          • 基体
          • 涂层
          • 热源
        • 特点
          • 速度快，效率高，优于热风干燥
          • 内外同时吸收红外线，干燥均匀、质量好
          • 设备简单、成本低
      • 微波
        • 高频电磁波，极性水分子振动/摆动+热运动+相邻分子相互作用→摩擦产热
        • 915MHz，2450MHz
        • 材料
          • 导体
          • 绝缘体
          • 磁性化合物
          • 反射、吸收、穿透
        • 蛋白质、脂肪、碳水化合物、水分都是电介质，吸收微波，温度升高
        • 特点
          • 速度快、均匀
          • 自动热平衡
          • 易调控
          • 热效率高
• 干制过程中食品的变化
  • 物理变化
    • 干缩
      • 水分脱出，体积减小，组织细胞弹性部分或全部丧失
      • 类型
        • 均匀干缩
          • 弹性好，缓慢脱水
          • 等比例缩小，形状保持良好
        • 非均匀干缩
          • 常见
      • 食品种类，干制条件
    • 干裂
      • 类型
        • 高温快速
          • 轻度内凹，表面干硬，内部裂纹、气孔
          • 密度大，体积小，易包装
        • 缓慢干制
          • 深度内凹，疏松多孔
          • 多空，易氧化
    • 表面硬化
      • 表面收缩封闭，内部湿润
      • 原因
        • 溶质成分移至表面积累并结晶
          • 高糖高盐
        • 干制强烈，水分迁移＜水分蒸发
          • 温度过高、湿度过低、风速过快
      • 透气性变差，速度减慢，表面高温影响品质
    • 溶质迁移
      • 类型
        • 表面收缩内部受压，溶质通过空穴、裂缝、毛细管向外流动
        • 表面水分蒸发浓度增大→浓度差→内部迁移
      • 工艺条件平衡→基本均匀化
    • 多孔性
      • 表面硬化，内部蒸汽压增大，水蒸气急剧逸散
      • 马铃薯膨化干制
      • 多孔性结构便于水分转移，但不利于热传递
    • 热塑性
      • 加热时流动变形，冷却后保持一定形状
      • 固形物含量高的果蔬汁
  • 化学变化
    • 蛋白质
      • 原因
        • 脱水变形，复水后亲和力以降低，不能完全恢复
        • 水分含量降低盐浓度增大——盐析
        • 美拉德反应损失氨基酸
        • 脂肪氧化产物醛、铜——游离羰基
        • 本质一样
      • 温度、时间、pH、脂肪含量、干燥方法、水分活度（20~30%最快）
      • 过程
        • 一般情况，先慢后快
        • 冷冻干燥，先快后慢
      • 损失少的方法
        • 真空干燥
        • 喷雾干燥
        • 冷冻干燥
    • 脂质
      • 水分活度降低，脂质分子暴露于空气中
      • 干制品种类、温度、相对湿度、脂质不饱和度、 氧分压、紫外线、金属离子、血红素
      • 真空包装、脂溶性抗氧化剂
    • 碳水化合物
      • 高温下易分解、焦化、美拉德，呼吸作用分解
      • 动物制品基本不用考虑
    • 维生素
      • 预处理条件，干燥方式和条件，抗坏血酸酶
        • 水溶性维生素
        • VC缺氧加热损失较小
      • VB1热敏；胡萝卜素晒干时损耗大，喷雾干燥损耗小
    • 色素
      • 主要是褐变
        • 多酚氧化酶
        • 非酶褐变
          • 美拉德反应
          • 脂质氧化物+蛋白质
    • 风味物质
      • 挥发性物质散失
      • 异味、煮熟味
      • 脂质氧化
  • 组织学变化
    • 口感、多汁性、凝胶形成能力
    • 肌肉
      • 组织纤维排列及显微结构脱水
      • 蛋白质持水力降低，韧性增加
      • 复水性变差，老韧，缺乏汁液
• 干制品的包装和贮藏
  • 最终水分
    • 粮谷类
      • 成熟过程水分减少，贮藏过程控制温度
    • 鱼肉类
      • 仅降低Aw很难长期保存
      • 结合腌制、烟熏、热处理、亚硝酸盐
        • 防止肉毒！！！
    • 乳制品
      • 易吸湿腐败
      • 防霉菌
    • 脱水蔬菜
      • 吸湿腐败
      • 干制前漂烫——灭酶除菌
    • 脱水水果
    • 中湿食品IMF
      • 水分含量40%，方法得当可长期保存
        • 霉菌
        • 常温保存
          • 除水提高浓度
          • 热处理、化学作用抑菌灭酶
          • 添加可溶性固形物（多糖、盐、多元醇），降低水分活度
          • 抗氧化剂、螯合剂、乳化剂、稳定剂
        • 工艺
          • 混合法
            • 各种成分分别预处理再混合
          • 浸渍法
            • 固装食品放在水分活度较低的平衡溶液中浸泡煮制，脱水
            • 蜜饯
          • 泡制法（干灌入法）
            • 脱水固态食品浸入含渗透剂的溶液中
            • 真空干燥、冷冻干燥常用，沥干后含有适宜水分及水分活度
  • 包装
    • 预处理
      • 筛选分级
      • 回软
      • 防虫
      • 速化复水处理
      • 压块
      • 费列罗长虫
        • 配料含虫卵，没杀光
        • 包装过程生产环境不合格
        • 包装破损，开封后进入
    • 要求
      • 防止吸湿回潮，结块长霉
      • 防止空气、灰尘、虫、鼠、微生物、气味入侵
      • 不透光
      • 耐久牢固，维持原有特性
      • 卫生、便宜，利于销售
  • 贮藏
    • 影响因素
      • 原料原则与处理
        • 新鲜度
        • 成熟度
        • 漂烫
        • 硫熏
      • 含水量
        • 10%+易于长虫卵
      • 环境条件
        • 低温
        • 低湿
        • 无氧
        • 避光
      • 包装
        • 真空
        • 充氮
    • 方法
      • 干净卫生
      • 留有空隙
      • 常检查
• 干制品的干燥比和复水比
  • 干燥比
    • 干燥前后重量比
  • 复水性
    • 干燥品吸水增重程度
    • 复水后沥干重/干制品重
    • 复重系数
      • 沥干重/原料重
  • 复原性
    • 重量、大小形状、质地、风味、成分、结构等方面恢复程度