果蔬干制的基本原理
一、果蔬干制的基本原理
果蔬干制的目的在于將食品中的水分減少,而將可溶性物質(zhì)的濃度增高到微生物不能利用的程度,同時(shí),食品中本身所含酶的活性也受到抑制,產(chǎn)品能夠長(zhǎng)期保藏。
(一)食品中水分性質(zhì)
1.水分狀態(tài)及性質(zhì)
食品中的水分通常以游離水、膠體結(jié)合水以及化合水三種不同的狀態(tài)存在。
(1)游離水 特點(diǎn)是具有溶解性能,流動(dòng)性大,在干燥時(shí)容易被蒸發(fā)排除。
(2)膠體結(jié)合水 由于膠體的水合作用和膨脹的結(jié)果,圍繞著膠粒形成一層水膜,水分和原料結(jié)合,成為膠體狀態(tài)。高溫下難以排除,在低溫下甚至-75℃也不結(jié)冰。
(3)化合水 存在于果品化學(xué)物質(zhì)中的水分,一般不能因干燥作用而排除。
在干燥過程中,按水分是否可被排除而分為平衡水分與自由水分。
在一定溫濕度條件下,原料中排除與吸收水分相等時(shí),只要外界溫濕度條件不發(fā)生變化,原料中所含的水分也將維持不變,即原料中的含水率和周圍空氣達(dá)到平衡,不再變化,這時(shí)的含水量稱為該溫濕度條件下的平衡水分,也稱為平衡濕度或平衡含水率。平衡水分即在該溫濕度條件下,可以干燥的極限。
平衡水分隨空氣的溫濕度改變而發(fā)生變化,空氣濕度升高,平衡水分也升高。在濕度不變的情況下,溫度升高平衡水分就隨之下降。
干制過程中能除去的水分,即原料中所含水分大于平衡水分的那部分水,稱為自由水。自由水主要是原料中的游離水,也包括部分膠體結(jié)合水。
2.水分活度(Aw)
Aw的定義是溶液中水的逸度與純水逸度之比,可近似地表示為溶液中水蒸氣壓與純水蒸氣壓之比。
Aw=P/P0
式中:P——溶液或食品中的水蒸氣分壓。
P0——純水的蒸汽壓,平衡相對(duì)濕度,即物料既不吸濕也
不散濕時(shí)的大氣相對(duì)濕度。
(二)果蔬干燥機(jī)理
果蔬干制過程中既有熱的傳遞也有質(zhì)(即水分)的轉(zhuǎn)移,因此,濕熱的轉(zhuǎn)移就是食品干制基本原理的核心問題。
1.對(duì)濕熱傳遞有影響的重要因素
(1)食品表面積 表面積越大干燥效果越好。
(2)溫度 傳熱介質(zhì)和食品間溫差越大,熱量向食品傳遞的速率越大,水分外逸速度加快。
(3)空氣流速 加快空氣流速不僅因熱空氣所能容納的水蒸氣量將高于冷空氣而吸收較多的蒸發(fā)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,而顯著地加速食品中水分的蒸發(fā)。
(4)空氣的干燥程度或空氣濕度 脫水干燥時(shí),食品的水分能下降的程度也是由空氣濕度所決定的。
(5)大氣壓力和真空 水的沸點(diǎn)隨大氣壓力下降而降低,溫度不變,氣壓降低,則沸騰加速,因此,在真空條件下干燥時(shí)就可以在較低的溫度條件下進(jìn)行。
(6)蒸發(fā)和溫度 水分由液態(tài)轉(zhuǎn)化成蒸汽時(shí)吸收相變熱而導(dǎo)致食品表面溫度降低,因此蒸發(fā)水分時(shí)需要熱源,熱量傳遞需要有溫差存在。
①無論干燥空氣溫度多高,只要有水分迅速地蒸發(fā),物料溫度一般不會(huì)高于濕球溫度。
②顆粒食品水分下降而蒸發(fā)速度減慢時(shí),則食品溫度隨之上升。
③食品受高溫后易受損傷。
④除非事先經(jīng)過預(yù)熱處理,從干燥室內(nèi)取出的脫水食品并非無菌。
(7)時(shí)間與溫度 食品受熱時(shí)間越長(zhǎng),加熱溫度越高,品質(zhì)下降越嚴(yán)重,因此,最好采用高溫短時(shí)干燥工藝。
2.干制過程中濕物料的濕熱傳遞
(1)物料給濕過程(水分外擴(kuò)散作用) 物料水分大于吸濕水分時(shí),物料表面受熱蒸發(fā)水分,向周圍介質(zhì)擴(kuò)散,而原料表面又被它內(nèi)部向外擴(kuò)散的水分所浸潤(rùn),此時(shí)從物料表向外擴(kuò)散過程稱為給濕過程。它與自由液面蒸發(fā)水分相似。
(2)物料的導(dǎo)濕過程(內(nèi)部水分?jǐn)U散過程) 干燥過程中物料內(nèi)部水分向表面轉(zhuǎn)移稱為水分的內(nèi)擴(kuò)散。
3.食品干制過程的特性
食品干制過程的特性可由干燥曲線、干燥速率曲線和食品溫度曲線組合在一起最完善的加以表達(dá)。
(1)干燥曲線 它可以說明物料的平均濕度(整體濕度)W吸隨時(shí)間T而變化的特點(diǎn)。干燥過程開始,當(dāng)物料的濕度沿曲線降低時(shí),出現(xiàn)加熱物料的短暫階段。這個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間取決于物料的厚度。然后,濕度沿直線改變。這個(gè)干燥的第一時(shí)期稱為恒速干燥期。在恒速干燥期,物料的干燥速度(單位時(shí)間內(nèi)絕對(duì)水分含量降低的百分?jǐn)?shù))不隨干燥時(shí)間變化而變化。此時(shí),水分在物料表面汽化的速度起著控制作用,稱為表面汽化控制。
在一定的濕度值下(所謂第一臨界濕度WK1),濕度減小的速度降低,并且開始了干燥過程的第二個(gè)時(shí)期——減速干燥期,干燥速度隨干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。這時(shí),物料內(nèi)部水分?jǐn)U散速度較表面汽化速度小,內(nèi)部水分?jǐn)U散速度對(duì)于干燥作用起著控制作用,稱為內(nèi)部擴(kuò)散控制。
干燥后期,干燥曲線逐漸接近平衡濕度線,平衡濕度值W就相當(dāng)于這一干燥條件,干燥的熱空氣使物料的品溫升的較高,當(dāng)原料表面和內(nèi)部水分達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),物料溫度與空氣的干球溫度相等,干燥停止,干燥速度等于零,干燥過程結(jié)束。
(2)干燥速率曲線 就是干制過程中任何時(shí)間的干燥速率和該時(shí)間食品絕對(duì)水分的關(guān)系曲線。在干燥曲線各點(diǎn)上畫出切線后所得到的斜率即為該點(diǎn)食品絕對(duì)水分相應(yīng)的干燥速率。
(3)食品溫度曲線 就是干制過程中干制食品溫度和干制時(shí)間的關(guān)系曲線。在加熱起始階段物料表面的溫度提高并很快達(dá)到濕球溫度;在干燥過程的整個(gè)第一個(gè)時(shí)期內(nèi),物料的表面溫度依然是恒定的。在這個(gè)時(shí)期產(chǎn)生最強(qiáng)烈的水分?jǐn)U散作用,并且傳給物料的全部熱量都消耗于水分的蒸發(fā);同時(shí),物料不被加熱,物料的溫度等于蒸發(fā)液體的溫度。從第一臨界點(diǎn)開始,干燥速度降低,物料的溫度提高;當(dāng)物料濕度達(dá)到平衡濕度值時(shí)(干燥速度等于零),物料的溫度等于空氣的溫度。
(三)干制過程中食品的主要變化
1.干制時(shí)食品的物理變化
(1)干縮和干裂 細(xì)胞失去活力后,它仍能不同程度地保持原有的彈性。但受力過大時(shí),超過彈性極限,即使外力消失,它再也難以恢復(fù)原來狀態(tài)。干縮正是物料失去彈性時(shí)出現(xiàn)的一種變化,這也是不論有無細(xì)胞結(jié)構(gòu)的食品干制時(shí)最常見、最顯著的變化之一。
高溫快速干燥時(shí)食品表面層早在物料中心干燥前就已經(jīng)干硬。其后中心干燥和收縮時(shí)就會(huì)脫離干硬膜而出現(xiàn)內(nèi)裂、孔隙和蜂窩狀結(jié)構(gòu),稱為干裂。
(2)表面硬化 實(shí)際上是食品物料表面收縮和封閉的一種特殊現(xiàn)象。如物料表面溫度很高,就會(huì)因?yàn)閮?nèi)部水分未能及時(shí)轉(zhuǎn)移至物料表面使表面迅速形成一層干燥薄膜或干硬膜。它的滲透性極低,以至將大部分水分保留在食品內(nèi),同時(shí)還使干燥速率急劇下降。
(3)物料多孔性的形成 快速干燥時(shí)物料表面硬化及其內(nèi)部蒸汽壓的迅速建立會(huì)促使物料成為多孔性制品。
(4)熱塑性的出現(xiàn) 不少食品為熱塑性物料,即加熱時(shí)會(huì)軟化的物料。糖分及其他物質(zhì)含量高的食品具有熱塑性。
2.干制時(shí)食品的化學(xué)變化
(1)脫水干制對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)成分的影響
①糖分的變化 低溫長(zhǎng)時(shí)間干制,導(dǎo)致糖分損耗增加,干制品質(zhì)量變差;干制溫度過高糖分焦化,制品色澤加深,味道變苦,品質(zhì)劣變。
②維生素的變化 水溶性維生素C因漂洗溶解及加熱氧化而損耗。
(2)脫水干制對(duì)食品色素的影響
①胡蘿卜素隨干燥時(shí)間延長(zhǎng)而發(fā)生變化。
②花青素在干制過程中發(fā)生變化,硫處理會(huì)促使花青素褪色。
③濕熱條件下葉綠素將失去一部分鎂原子而轉(zhuǎn)化成脫鎂葉綠素,使制品色澤變暗。
④干制過程中發(fā)生酶促褐變或非酶褐變,使制品色澤加深。
(3)干制時(shí)食品風(fēng)味的變化
干制過程中常產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)損失或變味。
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