第一节 食品干燥

【学习目标】

1.掌握干燥曲线与干燥速率。

2.熟悉干燥的方法。

3.理解干燥在食品加工中的应用。

【基础知识】

一、干燥原理

（一）干燥的目的

1.延长食品货架期

通过干燥降低食品中的水分活度，使引起食品腐败变质的微生物难以生长繁殖，使促进食品发生不良化学反应的酶类钝化失效，从而延长食品的货架期，达到安全保藏的目的。

2.便于贮运

干燥去除水分，使食品物料减轻质量和缩小体积，可以节省包装、运输和仓储费用。

3.加工工艺的需要

干燥有时是食品加工工艺必要的操作步骤。如烘烤面包、饼干及茶叶干燥不仅在制造过程中除去水分，而且还具有形成产品特有的色、香、味和形状的作用。

（二）湿空气

在食品干燥生产中，从湿物料中除去水分通常采用热空气为干燥介质。供给干燥的热空气都是干空气（即绝干空气）与水蒸气的混合物，常称为湿空气。研究干燥过程有必要了解湿空气的各种物理性质以及它们之间的相互关系。

湿空气对水蒸气的吸收能力（吸湿能力）是由湿空气的状态特性决定的，湿空气的特性参数有压力、绝对湿度、相对湿度、湿含量、密度、比热容、温度和热焓等。

1.湿度

空气中的水分含量用湿度来表示，有两种表示方法，即绝对湿度和相对湿度。

（1）绝对湿度 绝对湿度是指单位质量绝干空气中所含水蒸气的质量，表示为：

式中 H——空气的绝对湿度，kg/kg绝干空气；

M_g——绝干空气中的摩尔质量，kg/kmol；

M_v——水蒸气的摩尔质量，kg/kmol；

n_g——绝干空气的物质的量，kmol；

n_v——水蒸气的物质的量，kmol。

常压下湿空气可视为理想气体混合物，由分压定律可知，理想气体混合物中各组成的摩尔比等于分压比，式2-1可表示为：

式中 p_w——湿空气中水蒸气的分压，Pa；

p——湿空气的总压，Pa。

由式2-2可知，湿空气的湿度与总压及其中的水蒸气分压有关。当总压一定时，则湿度仅由水蒸气的分压所决定。

（2）相对湿度 在一定的总压下，湿空气中水蒸气分压与同温度下纯水的饱和蒸汽压之比，称为相对湿度，计算公式如下所示。

式中 φ——空气相对湿度；

p_w——湿空气中水蒸气分压，Pa；

p_s——同温度下纯水的饱和蒸汽压，Pa。

相对湿度可以用来衡量湿空气的不饱和程度。φ=1，表示空气已达饱和状态，不能再接纳任何水分；φ值越小，表示该空气离饱和程度越远，可接纳的水分越多，干燥能力也越大。可见空气的绝对湿度H仅表示其中水蒸气的含量，而相对湿度φ才能反映出空气吸收水分的能力。水的饱和蒸汽分压p_s可根据空气的温度在饱和水蒸气表中查到，水蒸气分压可根据湿度计或露点仪测得的露点温度查得。

干燥时，食品的水分能下降的程度由空气的含水量所决定。空气相对湿度越低，食品干燥速率越快。食品的水分始终要和周围空气的湿度处于平衡状态。当物料表面水蒸气分压大于空气水蒸气分压时，物料表面水分蒸发，内部水分密度高于表面，水分不断向表面迁移，如此往复，使物料干燥。反之，当空气的水蒸气分压高于物料表面的水蒸气分压时，则物料吸湿。当空气的湿度达到平衡湿度，物料既不脱水也不吸湿。

2.温度

湿空气的温度可用干球温度和湿球温度表示。用普通温度计测得的湿空气实际温度即为干球温度θ。在普通温度计的感温部分包以湿纱布，湿纱布的一部分浸入水中，使它保持湿润状态就构成了湿球温度计，将湿球温度计置于一定温度和湿度的湿空气流中，达到平衡或稳定时的温度称为该空气的湿球温度θ_w。湿球温度计所指示的平衡温度θ_w，实际上是湿纱布中水分的温度，该温度由湿空气干球温度θ及湿度H所决定。当湿空气的干球温度θ一定时，若其湿度H越高，则湿球温度θ_w也越高；当湿空气达饱和时，则湿球温度和干球温度相等。不饱和空气的湿球温度低于其干球温度。

（三）物料含水量

根据热力学原理，食品内部的水蒸气压总是要与外界空气中的水蒸气压保持平衡状态，如果不平衡，食品就会通过水分子的蒸发或吸收达到新的平衡状态。当食品内部的水蒸气压与外界空气的水蒸气压在一定温、湿度条件下达成平衡时，食品的含水量恒定，这一数值即为食品的含水量或食品的平衡水分，一般用百分数来表示。食品的含水量通常用干基和湿基两种方法来表示，通常所指的物料水分含量多指湿基水分含量（也称为湿度），干基水分含量常用于干燥过程物料衡算。

湿基水分含量是以湿物料为基准，指湿物料中水分占总质量的百分比，计算公式如下。

式中 ω——湿基湿含量，%；

m——水的质量，kg；

m₀——湿物料的总质量（水和干物质质量之和），kg。

干基水分含量是以不变的干物质为基准，指湿物料中水分与干物质质量的百分比，计算公式如下。

式中 ω′——干基湿含量，%；

m——水的质量，kg；

m_c——湿物料中干物质的质量，kg。

（四）水分活度

物料的含水量只是表示了物料中含水的多少，它不足以说明水的功能水平，特别是水的生物化学可利用性和在物料变质机制中水的作用大小。安全含水量的标准不能任意从一个产品推广到另一产品，因为一定的含水量对某种产品是安全的，对另一产品则未必安全。例如，含水量为20%的土豆淀粉或者含水量为14%的小麦淀粉都是稳定的，然而含水量12%的乳粉却很快就会变质。能本质地反映物料中水的活性的概念是水分活度A_W。活度是重要的物理化学概念。水分活度A_W是物料中水分的热力学能量状态高低的标志。

水分活度（A_W）是指溶液的水蒸气分压p和同温度下溶剂（常以纯水）的饱和蒸汽压p₀之比：

水分活度是0～1的数值。纯水的A_W等于1。食品中的水总有一部分是以结合水的形式存在的，而结合水的蒸汽压远比纯水的蒸汽压低得多，因此，食品的A_W总是小于1。食品中结合水的含量越高，A_W越低。温度不变，A_W增大表示物料中水分的汽化能力增大，水分透过细胞膜的渗透能力增大，水分在物料内部扩散速率增大。

图2-1表示了典型食品物料水分吸附等温线。水从湿物料中去除的难易程度与水分活度有关，各种食品的含水量与其对应的A_W呈非线性关系。在一定温度条件下用来反映食品的含水量与其水分活度的平衡曲线称为吸附等温线。

（五）水分活度与食品稳定性

各种食品在一定条件下都有其一定的水分活度，食品中微生物的活动和各种生物化学反应也都需要在一定的水分活度范围内才能进行。因此，降低水分活度，可以提高食品的稳定性，减少腐败变质并预测食品的耐藏性。

1.水分活度与微生物的关系

微生物是引起食品变质的主要原因，不同的微生物在食品中繁殖，都有它最适的A_W范围，其中以细菌最为敏感，其次是酵母和霉菌。在一般情况下，A_W小于0.90时，细菌不能生长；A_W低于0.87时大多数酵母菌受到抑制；A_W小于0.8时大多数霉菌不能生长，但有一些嗜高渗酵母菌株在A_W低至0.65时仍能生长。

表2-2所示为适合各类微生物生长所要求的水分活度范围。当水分活度高于微生物生长所需的最低水分活度时，微生物的生长会导致食品腐败变质。根据表中提供的数据，对不同食品选择适宜的贮存条件，以防止或降低微生物对食品品质的不良影响。

需要指出的是，表2-2所示的最低水分活度值不是绝对的，因为食品的pH、温度、微生物的营养状况以及水中特定溶质的性质，对水分活度也会有影响。如金黄色葡萄球菌生长的最低A_W，在乳粉中是0.861，在酒精中则是0.973。

目前干燥采用的温度不是很高，即使是高温干燥，因脱水时间短，微生物只是随着干燥过程中水分活度的降低而进入休眠状态。一旦环境条件改变，食品物料吸湿，微生物也会重新恢复活动。仅靠干燥过程并不能将微生物全部杀死，因此干燥食品并非无菌，遇到温暖潮湿气候，也会腐败变质。因此食品干燥过程不能代替食品必要的灭菌处理，仍需加强卫生控制，减少微生物污染，降低其对食品的腐败变质作用。应该在干制工艺中采取相应的措施如蒸煮、烫漂等，以保证干制品安全卫生。某些食品物料若污染有病原菌，或有导致人体致病的寄生虫（如猪肉旋毛虫）存在时，则应在干燥前设法将其杀死。

2.水分活度对酶的影响

当水分活度小于0.85时，导致食品原料腐败的大部分酶会失去活性，如多酚氧化酶、过氧化物酶、维生素C氧化酶、淀粉酶等。然而，即使在0.1～0.3这样的低水分活度下，脂肪氧化酶仍能保持较强活力。只有当水分含量降至1%以下时才能完全抑制酶的活性，而通常的干燥很难达到这样低的水分含量。例如30℃下贮藏的大麦粉和卵磷脂的混合物，在低水分活度下基本不发生酶解反应，在贮藏48d以后，当水分活度A_W上升到0.7时，该食品的脂酶解反应速率迅速提高。此外，酶反应速率还与酶能否与食品相互接触有关，当酶与食品相互接触时，反应速率较快；当酶与食品相互隔离时，反应速率较慢。如A_W等于0.15时，脂肪氧化酶就能分解油脂，而固态脂肪在此水分活度时仅有极小的变化。

食品干燥过程不能替代酶的钝化或失活处理，为了防止干制品中酶的作用，食品在干燥前需要进行酶的钝化或灭酶处理。

3.水分活度对食品质构的影响

水分活度对干燥和半干燥食品的质构有较大的影响。当水分活度从0.2～0.3增加到0.65时，大多数半干或干燥食品的硬度及黏性增加。水分活度为0.4～0.5时，肉干的硬度及耐咀嚼性最大。另外，饼干、爆米花等各种脆性食品，必须在较低的A_W下才能保持其酥脆。为了避免绵白糖、乳粉以及速溶咖啡结块或变硬发黏，都需要使产品保持相当低的水分活度。控制水分活度在0.35～0.5可保持干燥食品的理想状态。而对含水较多的食品，如蛋糕、面包、果冻布丁等，它们的水分活度大于周围空气的相对湿度，保存时需要防止水分蒸发。

（六）物料中水分的分类

将物料吸湿或解湿等温线图中的横坐标值当作空气的相对湿度φ，纵坐标为相对应的物料平衡含水量，则物料中的各种水分关系如图2-2所示。

1.按物料与水分的结合方式分类

按与物料的结合方式，物料中所含的水分分为化学结合水、物理化学结合水和机械结合水。

（1）化学结合水 包括与物料的离子结合和结晶型分子结合的水。化学结合水结合最牢，不能用一般干燥方法除去。例如，若脱掉结晶水，晶体必遭破坏。

（2）物理化学结合水 包括吸附水分、渗透水分和结构水分。吸附水分是物料内外表面靠分子间力吸附结合的水分，是物理化学结合水中结合最强的。渗透水分是物料组织壁内外溶质浓度差形成的渗透压作用而结合的水。结构水分是胶体形成时结合在物料网状结构内的水。

（3）机械结合水 包括毛细管水分、空隙水分和润湿水分。毛细管水分存在于物料中的纤维或成团颗粒间。润湿水分是与物料机械混合的水分，易用加热和机械方法脱除。

2.按水分去除的难易程度分类

按物料中水分去除的难易程度，物料中的水分分为结合水分和非结合水分。

（1）结合水分 主要是指物化结合的水分和机械结合的毛细管水分，这种水分难以去除。结合水分产生的蒸汽压低于相同温度纯水的蒸汽压，故结合水分的A_W小于1。

（2）非结合水分 包括物料表面的润湿水分及空隙水分，这种水分易于去除。非结合水分产生的蒸汽压和同温度纯水产生的蒸汽压相近，亦即其A_W近似等于1。

3.按水分能否用干燥方法除去分类

物料中的水分按在一定条件下是否能用干燥方法除去而分为自由水分和平衡水分。

（1）自由水分 物料与一定温度和湿度的湿空气流充分接触，物料中的水分能被干燥除去的部分，称为自由水分。

（2）平衡水分 自由水分被干燥除去后，尽管物料仍与这种温湿度的空气流接触，但物料中的水分已不再失去而维持一定的含水量，这部分水分就称作物料在此空气状态下的平衡水分。平衡水分代表物料在一定空气状态下干燥的极限。平衡水分的多少即平衡含水量值与空气的温湿度相联系，也因物料种类而异。

（七）湿热传递过程

食品的干燥过程实际上是食品从外界吸收足够的热量，使其所含水分不断向环境中转移，从而导致其含水量不断降低的过程。该过程是热量和质量传递同时存在的过程，伴随着传热（物料对热量的吸收）和传质（水分在物料中的迁移），因而也称作湿热传递过程。

1.给湿过程

当干燥环境介质空气处于不饱和状态，食品物料表面水分蒸气压大于干燥介质的蒸汽压时，物料表面受热蒸发水分，而物料表面又被内部向外扩散的水分湿润，此时水分从物料表面向干燥介质中蒸发的过程称为给湿过程，也称为物料表面水分蒸发过程。

2.导湿过程

给湿过程的进行，导致了待干食品内部与表面之间的水分差异，表面湿含量比物料内部的湿含量低，即存在水分梯度。在这种作用下，内部水分将以液体或蒸汽形式向表层迁移，这就是所谓的导湿过程或水分的扩散过程。水分扩散一般是从高水分处向低水分处扩散，即是从内部不断向表面方向移动。

导湿过程食品表面受热高于中心部位，因而在物料内部会建立一定的温度差，即温度梯度。因此，水分既会在水分梯度的作用下迁移，也会在温度梯度的作用下扩散。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。

3.热湿传导现象

在干燥过程中，湿物料表面同时存在着温度梯度和湿度梯度，在大多数干燥方法中，物体传热的方向由表至里，因此温度梯度和湿度梯度的方向相反，而且温度梯度起着阻碍水分由内部向表层扩散的作用。但是在对流干燥的降率干燥阶段，往往会出现导湿温性占主导地位的情形。此时食品表面的水分就会向它的内部迁移，由于其表面蒸发作用仍进行，导致其表面迅速干燥，温度上升。只有当食品内部因水分蒸发而建立起足够的压力时，才能改变水分传递的方法，使水分重新扩散到表面蒸发。结果不仅延长了干燥时间，而且会导致食品表面硬化。

随着干燥过程的进行，物料的水分梯度逐渐减少，温度梯度逐渐增大，水分从内部向表面的总流量逐渐减少，而物料表面的水分蒸发速度则取决于干燥介质的参数变化。若表面水分的蒸发速度不大于内部水分的扩散速度，则干燥过程就维持恒速干燥阶段；反之，若水分的蒸发速度大于水分的扩散速度，干燥则进入减速干燥阶段。在减速干燥阶段，会出现导湿温性大于导湿性，迫使水分从外层向内部转移，而表面的水分仍在进行蒸发，导致产品表面硬化、龟裂。

（八）影响湿热传递的主要因素

干燥过程的影响因素主要取决于干燥条件（由干燥设备类型和操作状况决定）和干燥物料的性质。

1.干燥条件的影响

（1）空气温度 传热介质的温度对干燥速度和干制品的质量有明显的影响。如果传热介质温度低，物料表面水分蒸发速度就慢，干燥时间就长，造成干制品质量下降。如果传热介质的温度高，食品表面水分蒸发速度快，若食品内部水分扩散速度小于表面蒸发速度，则水分蒸发就会从表面向内层深处转移。为了提高产品质量，保证物料表面水分蒸发的顺利进行，并避免在食品内部形成阻碍水分向外扩散的温度梯度，就必须控制干燥介质的温度，既不能过高，也不能过低，应尽可能使水分蒸发速度等于水分扩散速度。

（2）空气相对湿度 空气的相对湿度也是影响湿热传递的因素。脱水干燥时，空气相对湿度低，食品干燥速率快。近于饱和的湿空气进一步吸收水分的能力远比干燥空气差。干燥时，食品的水分下降的程度是由空气湿度所决定的。

（3）空气流速 空气流速加快，食品干燥速率加速。加快空气流速，能及时将聚集在食品表面附近的饱和湿空气带走，以免阻止食品内水分进一步蒸发；同时还因为与食品表面接触的空气量增加，而显著加速食品中水分的蒸发。在生产过程中，由于物料脱水干燥过程有恒速与降速阶段，为了避免食品干燥过程中形成温度梯度，影响干燥质量，空气流速与空气温度在干燥过程中要互相调节控制。

（4）大气压力或真空度 在其他条件不变的情况下，大气压力降低，沸点下降，水的沸腾蒸发加快。在真空室内加热干燥，就可以在较低的温度条件下进行，使产品的溶解性提高，较好地保存营养价值，延长产品的储藏期。对于热敏性食品物料的干燥，低温加热与缩短干燥时间对制品的品质极为重要。

2.食品物料的影响因素

（1）物料的干燥温度 物料的温度对干燥也有影响。水分从物料表面蒸发，会使表面温度下降，这是水分由液态转化成蒸汽时吸收相变热所引起的。物料的进一步干燥需要提供热量，如用热空气加热，干燥空气温度不论多高，只要有水分蒸发，物料温度不会高于介质温度。若物料水分含量下降，蒸发速率减慢，物料的温度将随之上升，最终接近干燥介质温度。对于热敏性食品物料，通常在物料尚未达到高温时就应取出，以保证产品质量。

（2）物料的表面积 物料的表面积对干燥速度有一定的影响。由于传热介质与食品的换热量及食品水分的蒸发量均与食品的表面积成正比。为了加速湿热交换，提高干燥速率，通常把被干燥物料分割成薄片、小块或粉碎后再进行干燥。这不仅可以增加食品与传热介质的接触面积，而且缩短了热与质的传递距离，为物料内水分外逸提供了更多的途径，从而加速了水分的扩散与蒸发，缩短了干燥时间。可见，食品的表面积越大，干燥的速度就越快，干燥效率越高。

（3）物料的组成与结构 食品成分、结构、食品溶质的类型和浓度、食品中水分的存在状态等都会影响物料在干燥过程中的湿热传递，影响干燥速率和产品质量。食品成分在物料中的位置对干燥速率有一定的影响。从分子组成角度上来看，真正具有均一组成成分结构的食品物料并不多。许多纤维性食物都具有方向性，因此在干燥肉制品时，肥瘦组成不同的部位将有不同的干燥速度，特别是水分的迁移需通过脂肪层时，对速率影响更大。故当肉类干燥时，将肉层与热源相对平行，避免水分透过脂肪层，就可获得较快的干燥速率。溶质的存在，特别是高糖分食品物料或低相对分子质量溶质的存在，会提高溶液的沸点，影响水分的汽化。因此溶质浓度愈高，维持水分的能力愈强，相同条件下干燥速率下降。与食品物料结合力较低的游离水分最易去除，以物理化学结合力吸附在食品物料固形物中的水分相对较难去除，最难去除的是由化学键形成水化物的水分。

二、干燥曲线与干燥速率

物料的干燥速率即水分汽化速率N_A可用单位时间、单位面积（气固接触界面）被汽化的水量表示，通常用下式表示：

式中 G_c——试样中绝对干燥物料的质量，kg；

A——试样暴露于气流中的表面积，m²；

X——物料的自由含水量，X=X_t-X^*，kg水/kg干料。

（一）干燥曲线

干燥曲线是说明食品含水量随干燥时间而变化的关系曲线，如图2-3所示，从图中曲线1可以看出，在干燥开始后的很短时间内，食品的含水量几乎不变，这个阶段持续的时间取决于食品的厚度。随后，食品的含水量直线下降。在某个含水量（第一临界含水量）以下时，食品含水量的下降速度减慢，最后达到其平衡含水量，干燥过程即停止。

（二）干燥速率曲线

物料的干燥速率是指单位时间内、单位干燥面积上汽化水分的质量。干燥速率曲线是表示干燥过程中任何时间的干燥速率与该时间的食品绝对水分之间关系的曲线。典型的干燥速率曲线如图2-3中曲线2所示。该曲线表明，在食品含水量仅有较小变化时，干燥速度即由零增加到最大值，并在随后的干燥过程中保持不变，这个阶段称作恒速干燥期。当食品含水量降低到第一临界点时，干燥速度开始下降，进入所谓的降速干燥期。由于在降速干燥期内干燥速度的变化与食品的结构、大小、水分与食品的结合形式及水分迁移的机理等因素有关，因此，不同的食品具有不同的干燥速率曲线。

（三）食品温度曲线

温度曲线是表示干燥过程中食品温度与其含水量之间关系的曲线。由图2-3中曲线3可以看出，在干燥的起始阶段，食品的表面温度很快达到湿球温度。在整个恒率干燥期内，食品的表面均保持该温度不变，此时食品吸收的全部热量都消耗于水分的蒸发。在降速干燥阶段，由于水分扩散的速度低于水分蒸发速度，食品吸收的热量不仅用于水分蒸发，而且使食品的温度升高。当食品含水量达到平衡含水量时，食品的温度等于加热空气的温度（干球温度）。

总之，干燥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，则恒速阶段可以延长；若内部水分扩散速率小于表面水分扩散，就不存在恒速干燥阶段。

三、食品干制工艺条件的选择

干制品的质量在很大程度上取决于所用的干制工艺条件，因此，如何选择干制工艺条件是食品干燥的最重要问题之一。食品干制工艺条件因干燥方法而异，空气干燥主要取决于空气温度、相对湿度、空气流速和食品的温度等，真空干燥主要取决于干燥温度、真空度等，冷冻干燥则主要取决于冷冻温度、真空度、蒸发温度等。不论使用何种干燥方法，其工艺条件的选择都应尽可能满足这样的要求：即干燥时间最短、能量消耗最少、工艺条件的控制最简便以及干制品质量最好。但是，在实际的操作中，最佳工艺条件几乎是达不到的。为此，我们可以根据实际情况选择相对合理的工艺条件。

选择干制工艺条件时，应遵循下述原则。

（1）所选择的工艺条件尽可能使食品表面水分蒸发速度与其内部水分扩散速度相等，同时避免在食品内部形成较大的温度梯度，以免降低干燥速度和出现表面硬化现象，特别是在干燥导热性较差和体积较大的食品时，尤其需要注意。此时可以适当降低空气温度和流速，提高空气的相对湿度，这样就能控制食品表面的水分蒸发速度，降低食品内部的温度梯度，提高食品表面的导湿性。

（2）在恒速干燥阶段，由于食品所吸收的热量全部用于水分的蒸发，表面水分蒸发速度与内部水分扩散的速度相当，因此，可以采用适当高些的空气温度，以加快干燥过程。一般情况下，生鲜食品在干燥初期均可以采用较高的空气温度。而含淀粉或胶质较多的食品如果采用较高的空气温度干燥时，其表层极易形成不透水干膜，阻碍水分的蒸发，因此只能使用较低的空气温度。

（3）在干燥后期，应根据干制品预期的含水量对空气的相对湿度加以调整。如果干制品预期的含水量低于与空气温度和相对湿度所对应的平衡含水量时，就必须设法降低空气的相对湿度，否则，将达不到预期的干制要求。

（4）在降速干燥阶段，由于食品表面水分蒸发速度大于内部水分扩散速度，因此表面温度将逐渐升高，并达到空气的干球温度。此时，应降低空气温度和流速，以控制食品表面水分蒸发的速度和避免食品表面过热。对于热敏性食品尤其应予以重视。

四、影响干燥速率的因素

由于外在环境及食品本身特性的不同，而有不同的干燥速度，将各种影响因素，分别叙述如下。

（一）外在环境因素

干燥温度：干燥温度愈高，则干燥速率愈快，但仍须考虑表面蒸发与内部扩散的平衡。

食品与热媒接触表面积：食品与热媒接触的表面积愈大，则干燥速率愈快。

环境相对湿度：环境相对湿度降低，表示环境愈干燥，可使潮湿食品内部的水分快速移除，进而增加干燥速率。

热风速度：增加热风速度，可迅速去除食品表面的饱和蒸汽压，增加食品的干燥速率。

大气压与真空度：于高真空度下加热，则可于低温下除去水分。压力越低（真空度越高），沸点越低。

蒸发与温度：当水分由表面蒸发时，会带走蒸发潜热，而降低食品表面温度，随后须再次升温才能进行干燥。

（二）食品特性因素

食品组成分：食品组成分不同，其干燥速度亦有差异。食品中结合水含量愈高，愈不容易干燥。食品组成的方向与热风同一方向则易被干燥。

组织细胞结构：当植物组织呈现活细胞状态时，细胞膜和细胞壁维持相当量的水分，而具一定细胞结构，此时呈现坚硬状态，因有膨压存在的关系，使其水分不易被干燥。但当植物组织经加热或杀菁使细胞死亡后，细胞结构变成可通透性，水分容易被除去，如此可增加干燥速度。

食品中溶质浓度：溶质浓度愈高，则蒸发速度愈慢，愈不易干燥脱水。

五、干燥的方法

食品干燥可分为自然干燥法和人工干燥法两大类。自然干燥有晒干与风干。食品干燥更多的是采用人工干燥。人工干燥方法依热交换方式和水分除去方式的不同进行分类，按干燥的连续性可分为间歇式和连续式；按操作压力不同可分为常压干燥和真空干燥；按工作原理又可分为对流干燥、接触干燥、冷冻干燥、辐射干燥和能量场干燥，其中对流干燥在食品工业中应用最多。

（一）对流干燥

对流干燥又称空气对流干燥，是最常见的食品干燥方法。这类干燥在常压下进行，有间歇式（分批）和连续式；利用空气作为干燥介质，空气既是热源，也是湿气的载体，热量以对流的方式传递给湿物料，使食品原料中的水分汽化，而达到干燥的目的。

对流干燥进行的必要条件是物料表面的水蒸气压必须大于干燥介质（热空气）中的水蒸气分压。两者的压差愈大，干燥进行得愈快，所以干燥介质应及时将汽化的水汽带走，以便保持一定的传质推动力。若压差为零，则无水汽传递，干燥操作也就停止。对流干燥适用于各种食品物料的干燥，湿物料可以是固体、膏状物料及液体，而且成本较低。

1.厢式干燥

厢式干燥器又叫作柜式干燥器，是一种外壁绝热、外形像箱子的干燥器，也称盘式干燥器、烘房，是最古老的干燥器之一。

如图2-4所示，厢式干燥器大多为间歇操作，一般用盘架盛放物料，优点是制造和维修方便，使用灵活性大；物料容易装卸，损失小，盘易清洗；设备结构简单，投资少；厢式干燥器几乎能够干燥所有的物料。因此，对于需要经常更换产品、价高的成品和小批量物料，厢式干燥器的优点十分显著。

但厢式干燥器也有它的不足之处，主要是：物料得不到分散，干燥时间长，干燥不均匀；若物料量大，所需的设备容积也大；这种干燥器每次操作都要装卸物料，劳动强度大；需要定时将物料装卸或翻动时，粉尘飞扬，环境污染严重，劳动卫生条件差，一般只限于每批产量在几千克到几十千克的情况下使用；热效率低，一般在40%左右，每干燥1kg水分需消耗加热蒸汽2.5kg以上。此外，产品质量不够稳定也是其一大缺点。因此，随着干燥技术的发展，将逐渐被新型干燥器所取代。

2.隧道式干燥

隧道式干燥器是将厢式干燥器的箱体扩展为长方形通道，其他结构基本不变。其长度可达10～15m，可容纳5～15辆装满料盘的小车，这样就增大了物料的处理量，生产成本降低，可连续或半连续操作。

待干燥物料被装入带网眼的料盘，有序地摆放在小车的搁架上，然后进入干燥室沿通道向前运动，并一次通过通道。被干燥物料的加料和卸料在干燥室两端进行。物料在小车上处于静止状态，载有物料的小车充满整个隧道。当推入一辆有湿物料的小车时，彼此紧跟的小车都向出口端移动。高温低湿空气进入的一端称为热端，低温高湿空气离开的一端称为冷端；湿物料进入的一端称为湿端，而干制品离开的一端为干端。

按照气流运动与物流的方向，可将隧道式干燥器分为顺流式、逆流式、混流式干燥。

（1）顺流式干燥 顺流式隧道干燥装置如图2-5所示。顺流干燥的物流与气流方向一致，其热端就是湿端，而冷端为干端。物料从高温低湿一端进入，其表面水分迅速蒸发，空气温度也急剧降低，愈往前进，温度愈低、湿度愈高，水分蒸发逐渐减慢。在干端，低温高湿的空气与即将干燥的物料相遇，水分蒸发极其缓慢，甚至可能不能蒸发或者反而会从空气中吸湿，使干燥食品的平衡水分增加，导致干制品的最终含水量难以降低到预定值。因此，吸湿性较强的食品不宜选用顺流式干燥方法。该法适用于含水量较高的水果、蔬菜等的干燥。

（2）逆流式干燥 逆流式隧道干燥装置如图2-6所示。逆流干燥的物流与气流方向恰好相反，它的湿端为冷端，而干端则为热端。潮湿的食品首先遇到的是低温高湿的空气，水分蒸发速度比较缓慢，食品不易出现表面硬化和收缩现象，而中心又能保持湿润状态。在食品移向热端的过程中，由于所接触的空气温度逐渐升高而相对湿度逐渐降低，因此水分蒸发强度也不断增加。当食品接近热端时，尽管处于低湿高温的空气中，由于其中大量的水分已蒸发，其水分蒸发速率仍比较缓慢。此时热空气温度下降不大，而干物料的温度则将上升到和高温空气相近的程度。因此干端的进口温度不宜过高，一般不超过80℃为宜，否则物料停留时间过长，物料容易焦化。

另外，逆流干燥时湿物料装载量不宜过多，因为在逆流干燥初期干燥强度小，甚至会出现增湿现象。如果湿物料装载量过多，就会使物料长时间接触饱和的低温高湿气体，有可能会引起食品的腐败变质。

（3）混流式干燥 混流式隧道干燥装置如图2-7所示。混流干燥吸取了顺流式湿端水分蒸发速率高和逆流式后期干燥能力强的两个优点，组成了湿端顺流和干端逆流的两段组合方式。干燥机内设两个加热器和两个鼓风机，分别设在隧道的两端，热风由两端吹向中间，通过物料将湿热空气从隧道中部集中排出一部分，另一部分回流利用。混流式干燥整个过程均匀一致，传热传质速率稳定，生产效率高，产品质量好。

3.带式干燥

带式干燥装置中除载料系统由输送带取代装有料盘的小车外，其余部分基本上和隧道式干燥设备相同。它是将待干燥物料放在输送带上进行干燥。输送带可以用一根环带，也可以用几根上下放置的环带。输送带可以是帆布带、橡胶带、钢带和钢丝网带等，其中网带可以使干燥介质以穿流方式穿过，干燥效果最好。带式干燥可分为单带式、双带式和多带式。

单带式干燥器装置如图2-8所示，干燥时热风从带子的上方穿过物料层和网孔，达到穿流接触的目的。由于带子不可能很长，所以单带式干燥只适用于干燥时间短的物料。

双带式干燥装置如图2-9所示，两条输送带串联组成，因而半干物料从第一输送带末端向着其下方的另一输送带上卸落时，物料经过了翻转、混合、重新堆积的过程，使物料的干燥程度更加均匀。并且经过第一段干燥后，物料中大部分水分已被除去，物料体积收缩，重新堆成较厚的层，既不影响干燥过程，又可减小设备尺寸和占地面积。

多带式干燥器装置如图2-10所示，空气经预热后从下部进入，由下向上依次流过各层物料。相邻的两根环带的运动方向相反。湿物料从最上层的带子上方加入，随着带子移动，并依次落入下一根环带，最后从下部卸出干燥的物料。这种干燥器不仅使物料多次翻转维持了通气性，还增加了堆积厚度，增大了比表面积，提高了降速阶段的干燥速率。

带式干燥的特点是有较大的物料表面暴露于干燥介质中，物料内部水分移出的路径较短，并且物料与空气有紧密的接触，所以干燥速率很高。但是被干燥的湿物料必须预处理成分散的状态，以便减小阻力，使空气能顺利穿过带子上的物料层。

4.气流干燥

气流干燥是将粉末状或颗粒状食品悬浮在热空气流中进行干燥的方法。它是把湿物料送入热气流中，物料一边呈悬浮状态与气流并流输送，一边进行干燥。气流干燥适用于在潮湿状态下仍能在气体中自由流动的颗粒食品或粉末食品，如面粉、淀粉、谷物、葡萄糖、食盐、鱼粉、鱼汁浓缩物、马铃薯丁、肉丁或其他切成细块的食品。如图2-11所示为气流干燥装置示意图。

气流干燥时，物料呈悬浮状态在气流中高度分散，每个颗粒都被热空气所包围，因而能使物料最大限度地与热空气接触，热效率高，所需干燥器的体积可以大大减小，占地面积小。大多数物料的气流干燥只需0.5～2s，最长不超过5s，所以即使是热敏性或低熔点物料也不会因过热或分解而影响品质，可应用于各种粉状物料，粒径最大可达100mm，湿含量可达10%～40%。

气流干燥的缺点是气流速率高，对物料有一定磨损，故对晶体形状有一定要求的产品不宜采用；气流速度大，全系统的阻力大，因而动力消耗大。普通气流干燥器的一个突出缺点是干燥管较长。

5.流化床干燥

流化床干燥是近几年发展起来的一类新型干燥器，又称沸腾床干燥，如图2-12所示。在多孔板上加入待干燥的食品颗粒物料，热空气由多孔板的底部送入使其均匀分散，并与物料接触。当气体速度较低时，固体颗粒间的相对位置不发生变化，气体在颗粒层的空隙中通过，干燥原理与厢式干燥器完全类似，此时的颗粒层通常称为固定床。当气流速度继续增加后，颗粒开始松动，并在一定区间变换位置，床层略有膨胀，但颗粒仍不能自由运动，床层处于初始或临界流化状态。当流速再增高时，颗粒即悬浮在上升的气流之中做随机运动。颗粒与流体之间的摩擦力恰与其净重力相平衡，此时形成的床层称为流化床。由固定床转为流化床时的气流速度称为临界流化速度。流速愈大，流化床层愈高；当颗粒床层膨胀到一定高度时，固定床层空隙率增大而使流速下降，颗粒又重新落下而不致被气流带走。若气体速度进一步增高，大于颗粒的自由沉降速度，颗粒就会从干燥器顶部吹出，此时的流速称为带出速度，所以流化床中的适宜气体速度应在临界流化速度与带出速度之间。流化床适宜处理粉粒状食品物料，当粒径为30μm～6mm，静止物料层高度为0.05～0.15m时，适宜的操作气速可取颗粒自由沉降速度的0.4～0.8倍。若粒径太小，气体局部通过多孔分布板，床层中容易形成沟流现象；粒度太大又需要较高的流化速度，动力消耗和物料磨损都很大。

流化床干燥的主要特点是：物料颗粒与热空气在湍流喷射状态下进行充分的混合和分散，类似气流干燥，气固相间的传热传质系数及相应的表面积均较大，热效率高。由于气固相间激烈的混合和分散以及两者间快速地给热，使物料床温度均匀，易控制，颗粒大小均匀。物料在床层内的停留时间可任意调节，故对难干燥或要求产品含水量低的原料比较适用。设备设计简单，造价较低，维修方便。由于干燥过程风速过高，容易形成风速道，致使大部分热空气未经充分与物料接触而经风道排出，造成热量浪费；高速气流也容易将细颗粒物料带走，因此在设计上要加以注意。流化床干燥用于干态颗粒食品物料干燥，不适于易粘结或结块的物料。

6.喷雾干燥

将溶液、乳浊液、悬浊液或浆料在热风中喷雾成细小的液滴，悬浮在热空气中，水分被瞬间蒸发而成为粉末状或颗粒状的产品，称为喷雾干燥。喷雾干燥以它独有的突出优点在食品工业生产中得到了广泛的应用，尤以液态食品脱水制成粉状产品的过程最为常用，如奶粉、乳清粉、蛋白粉、果汁粉、速溶咖啡、速溶茶，各种香辛料、液体调味料、汤料等食品的生产。根据干燥产品的要求，可以将不同的原料液制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状等。喷雾干燥是目前干燥技术中较为先进的方法之一。

（1）喷雾干燥特点 喷雾干燥的优点：蒸发面积大，干燥时间短。料液被雾化后，液体的比表面积非常大。例如1L的料液可雾化成直径为50μm的液滴146亿个，总表面积可达5400m²。以这样大的表面积与高温热空气接触，瞬时就可蒸发95%～98%的水分，因此完成干燥所需的时间很短，一般只需5～40s。物料温度较低，虽然采用较高温度的干燥介质，但液滴有大量水分存在时，物料表面温度一般不会超过热空气的湿球温度（对奶粉干燥为50～60℃），因此非常适合热敏性物料的干燥，能保持制品的营养、色泽和香味，制品纯度高且具有良好的分散性和溶解性。生产能力大，产品质量高。每1h喷雾量可达几百t，是干燥器处理量较大者之一。过程简单、操作方便，适宜于连续化生产。喷雾干燥通常适用于湿含量40%～60%的溶液，特殊物料即使含水量高达90%也可不经浓缩，同样一次干燥成粉状制品。大部分制品干燥后不需要粉碎和筛选，简化了生产工艺过程。对于制品的粒度、密度及含水量等质量指标，可通过改变操作条件进行调整，且控制管理都很方便。干燥后的制品连续排料，结合冷却器和气力输送可形成连续生产，有利于实现大规模自动化生产。

喷雾干燥的缺点：单位产品的耗热量大，设备的热效率低。在进风温度不高时，一般热效率为30%～40%，每蒸发1kg水分需2～3kg蒸汽；介质消耗量大，当干燥介质入口温度低于150℃时，干燥器的溶剂传热系数较低。对于细粉产品的生产，微粉的分离装置要求较高，以避免产品损失和污染环境，附属装置比较复杂。由于设备体积庞大，基建费用大，对生产卫生要求高，设备的清扫工作需要量大。

（2）食品喷雾干燥工艺流程 喷雾干燥装置所处理的料液虽然差别很大，但其工艺流程却基本相同。图2-13所示为典型的喷雾干燥装置工艺流程。干燥过程所需的新鲜空气，经过滤后由鼓风机送至空气加热器中加热到所要求的温度，再进入热风分布器；料液由储槽进入喷雾塔；经喷嘴喷洒成细小的雾粒与热空气接触进行干燥；在液滴到达器壁前，料液已干燥成粉末沿壁落入塔底干料储器中；废气经旋风分离器、袋滤器二级捕集细粉后放空。

喷雾干燥过程分为四个阶段：料液雾化为雾滴，雾滴与热风接触，雾滴水分蒸发，干燥产品与空气分离。

①料液雾化：料液雾化的目的是将料液分散为细微的雾滴，雾滴的平均直径一般为20～60μm，因此具有很大的表面积。常用的有气流式、压力式和离心式雾化器。在食品干燥中主要采用压力式喷雾和离心式喷雾。雾滴的大小和均匀程度对于产品质量和技术经济指标影响很大，特别是对热敏性物料的干燥尤为重要。如果喷出的雾滴大小很不均匀，就会出现大颗粒还未达到干燥要求，小颗粒却已干燥过度而变质。

②雾滴与干燥介质接触干燥：雾滴和干燥介质的接触方式对干燥室内的湿度分布，液滴、颗粒的运动轨迹，物料在干燥介质中的停留时间，以及产品性质有很大影响。在喷雾干燥室内，雾滴与干燥介质接触的方式有并流式、逆流式、混流式三种。在干燥器内，液滴与热风呈同方向流动为并流式喷雾干燥器。由于热风进入干燥室内立即与喷雾液滴接触，室内温度急剧下降，不会使干燥物料受热过度，因此适宜于热敏性物料的干燥，目前奶粉、蛋粉、果汁粉的生产，绝大多数都采用并流操作。图2-14所示为喷雾干燥器中常见的物料与空气的流动情况。在干燥器内，液滴与热风呈反方向流动为逆流式喷雾干燥器。混流式喷雾干燥器是在干燥器内，液滴与热风呈混合交错流动。

③雾滴水分蒸发：在喷雾干燥室内，雾滴水分蒸发干燥时，物料的干燥与在常规干燥设备中所经历的历程完全相同，也经历着恒速干燥和降速干燥两个阶段。雾滴与干燥介质接触时，热量由干燥介质经过雾滴四周的界面层（即饱和蒸汽膜）传递给雾滴，使雾滴中水分汽化，通过界面层进入空气中，因而这是热量传递和质量传递同时发生的过程。只要雾滴内部的水分扩散到表面的量足以补充表面的水分损失，蒸发就以恒速进行，这时雾滴表面温度相当于干燥介质的湿球温度，这就是恒速干燥阶段。当雾滴内部水分向表面的扩散不足以保持表面的湿润状态时，雾滴表面逐渐形成干壳，干壳随着时间的增加而增厚，水分从液滴内部通过干壳向外扩散的速度也随之降低，即蒸发速度逐渐降低，这时物料表面温度高于干燥介质的湿球温度，这就是降速干燥阶段。

④干燥产品的收集及与空气的分离：喷雾干燥产品的收集有两种方式：一种是干燥的粉末或颗粒产品落到干燥室的锥体壁上并滑行到锥底，通过星形卸料阀之类的排料装置排出，少量细粉随空气进入旋风或脉冲袋式气固分离设备收集下来；另一种是全部干燥成品随气流一起进入气固分离设备分离收集下来。

（二）传导干燥

传导干燥与对流干燥的根本区别在于前者是加热金属壁面，通过导热方式将热量传递给与之接触的食品并使之干燥，而后者则是通过对流方式将热量传递给食品并使之干燥。传导干燥适用于液状、胶状、膏状和糊状食品物料的干燥（如脱脂乳、乳清、番茄汁、肉浆、马铃薯泥、婴儿食品、酵母等）。传导干燥按其操作压力可分为常压接触干燥和真空接触干燥。

1.滚筒干燥

滚筒干燥是将料液分布在转动的、蒸汽加热的滚筒上形成薄膜，与热滚筒表面接触，料液的水分被蒸发，然后被刮刀刮下，露出的滚筒表面再次与湿物料接触并形成薄膜进行干燥，经粉碎为产品的干燥设备。经过滚筒转动一周的干燥物料，其干物质可从3%～30%（质量分数）增加到90%～98%，干燥时间仅需2s到几分钟。滚筒干燥设备结构简单，每蒸发1kg水需 1.2～1.5kg蒸汽，比喷雾干燥热消耗低，占地面积小，维修、清洗、操作方便，适用于生产规模较小、对溶解度和品质要求不严格的产品制作。如图2-15所示为滚筒干燥物料的进料方式。

常压滚筒干燥器的结构简单，干燥速率快，热效率可高达70%～80%，筒内温度和间壁的传热速率能保持相对稳定，使料膜能处于稳定传热状态下干燥，产品的质量可获得保证，但会引起制品色泽及风味的变化，因而适于干燥热敏性食品。不过真空滚筒干燥法成本很高，只有在干燥极热敏性的食品时才会使用。

滚筒干燥法的使用范围比较窄，但对于不易受热影响的物料，滚筒干燥却是一种费用低的干燥方法，目前主要用于干燥土豆泥片、苹果沙司、各种淀粉、果汁粉等。

滚筒干燥按照滚筒数量分为单滚筒、双滚筒（或对滚筒）、多滚筒；按操作压力可分为常压式和真空式；按滚筒的布膜方式可分为浸液式、喷溅式、对滚筒间隙调节式、铺辊式、顶槽式及喷雾式等类型。

2.真空干燥

在常压下的各种加热干燥方法，因物料受热程度大，其色、香、味和营养成分均受到一定损失。若在低压条件下对物料进行加热，则可以使物料在较低温度下干燥，有利于减少对热敏性成分的破坏和热物理化学反应的发生，这种方法称为真空干燥。

物料在真空干燥过程中的受热温度低，水分蒸发快，干燥时间短，物料容易形成多孔状组织，使产品的溶解性、复水性、色泽和口感较好；可将物料干燥到很低的水分；用较少的热能，得到较高的干燥速率，热量利用经济；适应性强，对不同性质、不同状态的物料，均能适应；但与热风干燥相比，设备投资和动力消耗较大，成本高，产量较低。

真空干燥主要用于热敏性强、要求产品速溶性好的食品，如果汁型固体饮料、脱水蔬菜和豆、肉、乳各类干制品、麦乳品、豆乳晶等加工。真空干燥的类型很多，一般分为间歇式真空干燥和连续式真空干燥。

（1）间歇式真空干燥 箱式真空干燥设备或真空干燥箱是一种在真空条件下操作的传导型干燥器，适用于固体或液体的热敏性食品物料。这种干燥器主体为一真空密封的干燥室，干燥室内部装有供加热剂通入的加热管、加热板、夹套或蛇管等，其间壁则形成盘架，如图2-16所示。被干燥的物料均匀地散放在由钢板或铝板制成的活动托盘中，托盘置于盘架上。蒸汽等加热剂进入加热元件后，热量经加热元件壁和托盘传给物料。盘架和干燥盘应尽可能做成表面平滑，以保证有良好的热接触。干燥中产生的水蒸气由连接管导入混合冷凝器。在这种干燥器中，初期干燥速度快，但当物料脱水收缩后，则与干燥盘的接触逐渐变差，传热速率也逐渐下降。需要严格控制加热面温度，以防与干燥盘接触的物料局部过热。

（2）连续式真空干燥 连续式真空干燥主要形式是真空条件下的带式干燥。带式真空干燥设备如图2-17所示，是由一连续的不锈钢带组成，钢带绕过呈多层式的加热滚筒和冷却滚筒，构成干燥器主体，置于密闭的真空室内。物料薄薄地平铺在带式加热板上随之运动。由于在真空条件下，物料在加热板上呈沸腾状发泡，故成品具有多孔性。全系统为密闭操作，卫生条件好，特别适合于热敏性和极易氧化的食品干燥，液态或浆状物料均可使用。食品工业中常用于干燥果汁、全脂乳、脱脂乳、炼乳、分离大豆蛋白、调味料、香料等。这种连续式真空干燥设备费用比同容量的间歇式真空干燥设备高得多。

（三）冷冻干燥

冷冻干燥又称升华干燥，它是将湿物料先冻结，使水分变为固态冰，然后在较高的真空度下，将冰直接转化为蒸汽除去的干燥方法。冷冻干燥保留了真空干燥在低温和缺氧状态下干燥的优点，避免物料干燥时受到热损害和氧化损害，可保留新鲜食品的色、香、味及维生素等营养成分，故适用于热敏性及易氧化食品的干燥；避免水分在液态下汽化使物料发生收缩和变形，干燥后产品可不失原有的固体框架结构，复原性好，复水后易于恢复原有的性质和形状。热量利用经济，可用常温或温度稍高的流体作为加热剂，但设备初期投资费用大、生产费用高，为常规干燥方法的2～5倍。由于干燥制品品质优良，冷冻干燥仍广泛用于食品工业，特别是含生物活性成分的食品干燥。

1.冷冻干燥的基本原理

水有三种相态，即固态、液态和气态，三种相态之间既可以相互转换又可以共存。图2-18所示为水的相平衡图，图中OA、OB、OC三条曲线分别表示冰和水、水和水蒸气、冰和水蒸气两相共存时水蒸气压与温度之间的关系，分别称为融化曲线、汽化曲线和升华曲线。O点称为三相点，所对应的温度为0.01℃，水蒸气压力为610.5Pa，在这样的温度和水蒸气压下，水、冰和水蒸气三者可共存且相互平衡。

当冰周围的蒸气压大于610.5Pa时，冰只能先融化为水，然后再由水转化为水蒸气，而当冰周围的蒸汽压低于610.5Pa时，冰可直接升华为水蒸气。所以升华干燥一是要保持冰不融化，二是冰周围的水蒸气压必须低于610.5Pa。

2.冷冻干燥过程

被干燥物料首先要进行预冻，然后在高真空状态下进行升华干燥。物料内水的温度必须保持在三相点以下。

（1）冻结 冻结方法有自冻法和预冻法两种。自冻法是利用迅速抽真空的方法，使物料水分瞬间大量蒸发，吸收大量汽化潜热，从而促使物料温度迅速降低，直至达到冻结点时物料水分自行冻结的方法。不过自冻法常出现食品变形或发泡现象，因此不适合于外观和形态要求较高的食品，一般仅用于粉末状干制品的冷冻。

预冻法是常采用的冻结方法，是用速冻机或冷库急冻间预先将物料冻结后，再将物料运往冻干机内真空干燥。这种方法预冻的物料，在冻干后能保持原有的形态，产品质量好，但是干燥时间较长，成本较自冻法高。

冻结过程对食品的升华干燥效果会产生一定的影响。当冻结过程较快时，食品内部形成的冰晶较小，冰晶升华后留下的空隙也较小，这将影响内部水蒸气的外逸，从而降低升华干燥的速度。但是，由于食品组织所受损伤较轻，所以干制品的质量更好。如果冻结过程较慢，则情况与上述相反。不过，冻结过程对食品升华干燥效果究竟有何影响，目前尚存争议。一方面，在许多情形下，决定升华干燥速度的因素是传热速度而非水分扩散速度，另一方面冻结速度对冻干制品的质量影响因食品种类而异。如鱼肉的升华干燥，冻结速度对制品质量的影响非常大，凉粉的升华干燥，冻结速度的影响就很小。

（2）干燥 食品冻结后即在干燥室内升华干燥，冰晶升华时要吸收潜热。因此，干燥室内有加热装置提供这部分热量，加热的方法有板式加热、红外线加热及微波加热等。

升华干燥是从物料表层的冰开始升华逐渐向内移动，冰晶升华后残留的空隙变成升华水蒸气的逸出通道。已干燥层和冻结部分的分界面称为升华界面。在果蔬的升华干燥过程中，升华界面一般以1～3mm/h的速度向内移动，直到物料中的冰晶全部升华。

在此干燥过程中，要注意三个主要条件：即干燥室绝对压力、热量供给和物料温度。在真空室内的绝对压力要保持低于物料内冰晶体的饱和水蒸气压，保证物料内的水蒸气向外扩散，因此冻结物料温度的最低极限不能低于冰晶体的饱和水蒸气相平衡的温度。如真空室内绝对压力为0.04kPa，物料内冰晶体的饱和水蒸气压和它平衡时相应的温度为—30℃，因此冻结物料的温度必然要高于—30℃。

当冰晶体全部升华后，第一干燥阶段完成。但此时仍有5%以上没有冻结而被物料牢牢吸附着的水分，必须用比升华干燥较高的温度和更低的绝对压力，才能促使这些水分转移，使产品的含水量降至能在室温下贮存的水平。这一干燥阶段一般占总干燥时间的1/3。

六、干燥对食品品质的影响

食品在干燥过程中因加热和脱水作用的影响，而发生一系列的变化，这些变化主要是食品物料内部组织结构的物理变化以及食品物料组成成分的化学变化。这些变化直接关系到干燥制品的质量和对贮藏条件的要求。

（一）食品干燥过程发生的物理变化

食品干燥过程中常出现的物理变化有干缩、表面硬化、热塑性和多孔性等。

1.干缩

食品干燥时，因水分被除去而导致体积缩小，组织细胞的弹性部分或全部丧失的现象称作干缩，干缩的程度与食品的种类、干燥方法及条件等因素有关。一般情况下，含水量多、组织脆嫩者干缩程度大，而含水量少、纤维质食品的干缩程度较轻。与常规干燥制品相比，冷冻干燥制品几乎不发生干缩。

干缩有两种情形，即均匀干缩和非均匀干缩。有充分弹性的细胞组织在均匀而缓慢地失水时，就产生了均匀干缩，否则就会发生非均匀干缩。干缩之后细胞组织的弹性都会或多或少地丧失掉，非均匀干缩还容易使干燥制品变得奇形怪状，影响其外观。

2.表面硬化

表面硬化是指干制品外表干燥而内部仍然软湿的现象。造成表面硬化的原因主要有两个方面：一是食品干燥时，其内部的溶质随水分不断向表面迁移和积累而在表面形成结晶硬化现象，如干制初期某些水果表面有含糖的黏质渗出物。这些物质会将干制品正在收缩的微孔和裂缝封闭，在微孔封闭和溶质堵塞的双重作用下，食品出现表面硬化。此时若降低食品表面温度使物料缓慢干燥，或适当“回软”再干燥，通常能减少表面硬化的发生。二是由于干燥初期，食品物料与加热空气气温差和湿度差过大致使食品表面温度急剧升高，水分蒸发过于强烈，内部水分向表面迁移的速度滞后于表面水分汽化速度，从而使表层形成一层干硬膜，造成物料表面硬化。后者与干燥条件有关，可通过降低干燥温度和提高相对湿度或减小风速来控制。

发生表面硬化之后，食品表层的透气性将变差，使干燥速度急剧下降，延长了干燥时间。另外，在表面水分蒸发后，温度也会大大升高，这将严重影响食品的外观质量。在某些食品中，尤其是某些含有高糖分和可溶性物质的食品，在干燥中最易出现表面硬化。

3.热塑性的出现

不少食品具有热塑性，即温度升高时会软化甚至有流动性，而冷却时变硬，具有玻璃体的性质。糖分及果肉成分高的果蔬汁就属于这类食品。例如橙汁或糖浆在平锅或输送带上干燥时，水分虽已全部蒸发掉，残留固体物质却仍像保持水分那样呈热塑性黏质状态，黏结在带上难以取下，而冷却时它会硬化成结晶体或无定形玻璃状而脆化，此时就便于取下。为此，大多数输送带式干燥设备内常设有冷却区。

4.物料内多孔性的形成

物料内部多孔的产生，是由于物料中的水分在干燥过程中被去除，原来被水分所占据的空间由空气填充而成为空穴，使干燥食品组织内部形成一定的空隙而具有多孔性。干燥食品孔隙的大小及均匀程度对其口感、复水性等有重要影响。

固体物料在减压干燥时，水分外逸迅速，内部能形成均匀的水分外逸通道和孔穴，具有较好的多孔状态；而常压干燥，由于水分的去除完全依赖于加热蒸发，易造成物料受热不均匀，形成表面硬化和不均匀的蒸发通道，使物料出现大量裂缝和孔洞，所以常压干燥对工艺条件及过程的要求非常严格。液体和浆状物料的干燥多利用搅拌产生泡沫以及使物料微粒化来控制其多孔的形成，泡沫的均匀程度、体积的膨胀程度以及微粒的大小决定了物料多孔性的优劣。

干燥前经预处理促使物料形成多孔性结构，有利于水分的扩散，提高物料的干燥率。不论采取何种干燥技术，多孔性食品能迅速复水和溶解，提高其食用的方便性，如方便面中的蔬菜包以及快餐食品等就有很好的复水性。多孔食品存在的问题是容易被氧化，储藏性能较差。

5.溶质迁移现象

食品在干燥过程中，其内部除了水分会向表层迁移外，溶解在水中的溶质也会迁移。溶质的迁移有两种趋势：一种是由于食品干燥时表层收缩使内层受到压缩，导致组织中的溶液穿过孔穴、裂缝和毛细管向外流动；另一种是在表层与内层溶液浓度差的作用下出现的溶质由表层向内层迁移。上述两种方向相反的溶质迁移的结果是不同的，前者使食品内部的溶质分布不均匀，后者则使溶质分布均匀化。干制品内部溶质的分布是否均匀，最终取决于干燥的工艺条件，如干燥速度。

（二）食品干燥过程发生的化学变化

与新鲜食品相比，所有的食品在干燥过程中都会发生品质下降的变化，因此干燥工艺旨在最大限度地减少这些变化，并使加工效率最大化。食品干燥后最主要的变化是原有的香气和风味丧失严重，此外，食品的色泽和营养价值变化也很大。

1.干燥对香气和风味的影响

食品在脱水干燥时不仅失去水分，也使食品中的挥发性成分受到损失，因此大部分干燥食品的味道不如新鲜原料的味道。挥发性物质受损失的程度取决于温度、食品的含水量、挥发性物质的含量及它们在水蒸气中的溶解度。如牛乳失去极微量的低级脂肪酸，特别是硫化甲基，虽然它的含量仅亿分之一，但其制品却已失去鲜乳风味。即使低温干燥也会导致化学变化，而出现食品变味的问题。

要完全防止干燥过程中风味物质损失是比较难的。解决的有效办法是从干燥设备中回收或冷凝外逸的蒸汽，再加回到干燥食品中；或干燥前在某些液态食品中添加树胶和其他包埋物质将风味物微胶囊化以防止或减少风味损失；或添加酶类或活化天然存在的酶，促使食品中的风味前体物质形成风味物质。

2.干燥对色泽的影响

新鲜食品的色泽一般都比较鲜艳，干燥会改变食品反射、散射、吸收、传递可见光的能力，而使食品色泽发生变化。此外，食品中所含有的色素物质如类胡萝卜素、花青素、肌红素、叶绿素等也会在高温条件下发生变化，如变黄、变褐、变黑等，其中最常见的变色是褐变。干燥过程温度越高，处理时间越长，色素变化越显著。

促使干制品褐变的原因包括酶促褐变和非酶褐变。酶促褐变可通过钝化酶活性和减少氧气供给来防止，如氧化酶在71～73.5℃、过氧化酶在90～100℃的温度下即可被破坏，所以对原料进行热烫处理、硫处理或盐水浸泡处理等可以抑制酶促褐变。而焦糖化反应和美拉德反应是食品干制过程中常见的非酶褐变。前者反应中糖分首先分解成各种羰基中间物，而后再聚合反应生成褐色聚合物；后者为氨基酸和还原糖的相互反应，常出现于水果脱水干燥过程中。脱水干燥时高温和残余水分中的反应物质浓度对美拉德反应有促进作用。美拉德褐变反应在水分下降到20%～25%时最迅速，水分继续下降则它的反应速率逐渐减慢，当干燥品水分低于1%时，褐变反应可减慢到甚至于长期贮存也难以察觉的程度；水分在30%以上时褐变反应也随水分增加而减缓，低温贮藏也有利于减缓褐变反应速率。

另外，金属也能引起褐变。金属促进褐变作用由大到小的顺序依次为：铜、铅、铁、锡。单宁与铁作用产生黑色化合物，单宁与锡长时间加热生成玫瑰色化合物，单宁与碱作用易于变黑等。

3.干燥对营养价值的影响

高温干燥引起蛋白质变性，使干制品复水性差，颜色变深。蛋白质在热的作用下，维持蛋白质空间结构稳定的氢键、二硫键等被破坏，改变了蛋白质分子的空间结构而导致变性。此外，由于脱水作用使组织中溶液的盐浓度增大，蛋白质因盐析作用而变性。氨基酸在干燥过程中会与脂肪自动氧化或参与美拉德反应而发生损失。

虽然干燥食品的水分活度较低，脂酶及脂氧化酶的活性受到抑制，但是由于缺乏水分的保护作用，因而极易发生脂质的自动氧化，干燥温度升高，脂肪氧化严重，导致干燥食品变质。脂质氧化不仅会影响干燥食品的色泽、风味，而且还会促进蛋白质的变性，使干燥食品的营养价值和食用价值降低甚至完全丧失，因此应采取适当措施予以防止。这些措施包括降低贮藏温度、采用适当的相对湿度、真空包装、使用脂溶性抗氧化剂等。

按照常规食品干燥条件，蛋白质、脂肪和碳水化合物的营养价值下降并不是干燥的主要问题，各种维生素的破坏和损失才是非常严重的问题，直接关系到干燥食品的营养价值。高温条件下，食品中的维生素均有不同程度的破坏。维生素C和维生素B₁对热十分敏感；未经酶钝化处理的蔬菜，在干燥时胡萝卜素的损耗量高达80%，如果干燥方法选择适当，可下降至5%。

（三）食品干燥过程中组织特性的变化

经干燥的食品在复水后，其口感、多汁性及凝胶形成能力等组织特性均与新鲜食品存在差异。这是由于食品中蛋白质因干燥变性及肌肉组织纤维的排列因脱水而发生变化，降低了蛋白质的持水力，增加了组织纤维的韧性，导致干燥食品复水性变差，复水后的口感较为老韧，缺乏汁液。

食品干燥过程中组织特性的变化主要取决于干燥方法。以不同干燥方法干燥的鳕鱼肉的组织切片为例，常压空气干燥的鳕鱼肉复水后组织呈黏着而紧密的结构，仅有较少的纤维空隙，且分布不均匀，其组织特性与鲜鱼肉的组织特性相差甚大，在复水时速度极慢且程度较小，故口感干硬如嚼橡胶，凝胶形成能力基本丧失。真空干燥法干燥的鱼肉复水后，纤维的聚集程度较常压干燥的鱼肉低，且纤维间的空隙较大，因此，其组织特性要优于前者。而采用真空冻干法干燥的鳕鱼肉在复水后，基本保持了冻结时所形成的组织结构，因此，冻干鳕鱼肉的复水速度快且程度高，口感较为柔软多汁，且有一定的凝胶形成能力。

七、干燥食品的包装与贮藏

（一）包装前干制品的处理

干制后的产品一般不马上进行包装，根据产品的特性与要求，往往需要经过一些处理才能进行包装。

1.分级除杂

为了使产品合乎规定标准，贯彻优质优价原则，对干制后的产品要进行分级除杂。干制品常用振动筛等分级设备进行筛分分级，剔除块片和颗粒大小不合标准的产品，以提高产品质量档次，尤其是速溶产品，对颗粒大小有严格的要求。对无法筛分分级的产品还需进行人工挑选，剔除杂质和变色、残缺或不良成品，并经磁铁吸除金属杂质。

2.均湿处理

无论是自然干燥还是人工干燥方法制得的干制品，其各自所含的水分并不是均匀一致的，而且在其内部也不是均匀分布，常需进行均湿处理。目的是使干制品内部水分均匀一致，使干制品变软，便于后续工序的处理，也称回软。回软是将干制品堆积在密闭室内或容器内进行短暂贮藏，以便使水分在干制品间扩散和重新分布，最后达到均匀一致的要求。一般水果干制品常需均湿处理，脱水蔬菜一般不需这种处理。

3.防虫

干制品，尤其是果蔬干制品，常有虫卵混杂其间，特别是采用自然干制的产品。虫害可从原材料携入或在干燥过程中混入。一般来说，包装干制品用容器密封后，处在低水分干制品中的虫卵难以生长。但是包装破损、泄漏后，它的孔眼若有针眼大小，昆虫就能自由地出入，并在适宜条件下（如干制品回潮和温湿度适宜时）成长，侵袭干制品，有时还造成大量损失。为此，防止干制品遭受虫害是不容忽视的重要问题。果蔬干制品和包装材料在包装前都应经过灭虫处理。

烟熏是控制干制品中昆虫和虫卵常用的方法。常用的烟熏剂有甲基溴，一般用量为16～24g/m³，视烟熏温度而定。在较高温度使用时其效用较大，可降低用量，一般需密闭烟熏24h以上。甲基溴对昆虫极毒，因而对人类也有毒，因此要严格控制无机溴在干制品中的残留量。二氧化硫也常用于果干的熏蒸，也需控制其残留量。氧化乙烯和氧化丙烯，即环氧化合物也是目前常用的烟熏剂，这些烟熏剂被禁止使用于高水分食品，因为在高水分条件下可能会产生有毒物质。

低温杀虫（-10℃以下）能有效推迟虫害的出现，在不损害制品品质原则下也可采用高温热处理数分钟，以控制那些隐藏在干制品中的昆虫和虫卵。根菜和果干等制品可在75～80℃温度中热处理10～15min后立即包装，以杀死残留的昆虫和虫卵。

4.压块

食品干制后质量减少较多，而体积缩小程度小，造成干制品体积膨松，不利于包装运输，因此在包装前，需经压缩处理，称之为压块。干制品若在产品不受损伤的情况下压缩成块，大大缩小了体积，有效地节省包装材料、装运和储藏容积及搬运费用。另外产品紧密后还可降低包装袋内氧气含量，有利于防止氧化变质。几种食物的干制品压块工艺条件及其效果举例如表2-3所示。

压块后干制品的最低密度为880～960kg/m³。干制品复水后应能恢复原来的形状和大小，其中复水后能通过四目筛眼的碎屑应低于5%，否则复水后就会形成糊状，而且色、香、味也不能和未压缩的复水干制品一样。

蔬菜干制品一般可在水压机中用块模压块；蛋粉可用螺旋压榨机装填；流动性好的汤粉可用轧片机轧片。压块时应注意破碎和碎屑的形成，压块大小、形状、密度和内聚力、制品耐藏性、复水性和食用品质等问题。蔬菜干制品水分低，质脆易碎，压块前需经回软处理（如用蒸汽加热20～30s），以便压块并减少破碎率。

5.速化复水处理

许多干制品一般都要经复水后才能食用，干制品复水后恢复原来新鲜状态的程度是衡量干制品品质的重要指标。为了加速低水分产品复水的速度，可采用速化复水处理，如压片法、辊压法、刺孔法等。

压片法是将水分低于5%的颗粒状果干经过相距为0.025mm的转辊（300r/min）轧制。如果需要较厚的制品，仅需增大轧辊间的间距。薄片只受到挤压，它们的细胞结构未遭破坏，故复水后能迅速恢复原来大小和形状。

另一种方法是将干制到水分为12%～30%的果块经速度不同和转向相反的转辊轧制后，再将部分细胞结构遭受破碎的半成品进一步干制到水分为2%～10%。块片中部分未破坏的细胞复水后迅速复原，而部分已被破坏的细胞则有变成软糊的趋势。

刺孔法是将水分为 16%～30%的半干苹果片先行刺孔再干制到最后水分为5%，这不仅可加速复水的速度，还可加速干制的速度。复水速度以刺孔压片的制品最为迅速。

（二）干制品的包装

干制食品的处理和包装需在低温、干燥、清洁和通风良好的环境中进行，最好能进行空气调节并将相对湿度维持在30%以下；和工厂其他部门相距应尽可能远些，门、窗应装有窗纱，以防止室外灰尘和害虫侵入。

干制品的水分含量只有在与环境空气相对湿度平衡时才能稳定，干制品吸湿是引起变质的主要因素。为了维持干制品的干燥品质，需用隔绝材料或容器将其包装以防止外界空气、灰尘、虫、鼠和微生物的污染，也可阻隔光线的透过，减轻食品的变质。经过包装不仅可以延长干制品的保质期，还有利于贮存、销售，提高商品价值。

常用的包装材料和容器有：金属罐、木箱、纸箱、聚乙烯袋、复合薄膜袋等。一般内包装多用有防潮作用的材料：聚乙烯、聚丙烯、复合薄膜、防潮纸等；外包装多用起支撑保护及遮光作用的金属罐、木箱、纸箱等。

有些干制品如豆类对包装的要求并不很高，在空气干燥的地区更是如此，故可用一般的包装材料，但必须能防止生虫。有些干制品的包装，特别是冷冻干制品，常需充满惰性气体以改善它的耐藏性，充满惰性气体后包装内的含氧量一般为1%～2%。

粉末状、颗粒状和压缩的干制品常用真空包装，不过工业生产中的抽空实际上难以使罐内真空度达到足以延长储存期的要求。

许多干制品，特别是粉末状干制品包装时还常附装干燥剂、吸氧剂等。干燥剂一般包装在透湿的纸质包装容器内以免污染干制品，同时能吸收密封容器内的水蒸气，逐渐降低干制品中的水分。

为了确保干制水果粉，特别是含糖量高的无花果、枣和苹果粉的流动性，磨粉时常加入抗结块剂和低水分制品拌和在一起。干制品中最常用的抗结块剂为硬脂酸钙，用量为果粉量的0.25%～0.50%。

（三）干制品的贮藏

合理包装的干制品受环境因素的影响较小，未经特殊包装或密封包装的干制品在不良环境因素的条件下容易发生变质现象，良好的贮藏环境是保证干制品耐藏性的重要因素。影响干制品储藏效果的因素很多，如原料的选择与处理、干制品的含水量、包装、贮藏条件及贮藏技术等。

选择新鲜完好、充分成熟的原料，经清洗干净，能提高干制品的保藏效果。经过漂烫处理的比未经漂烫的能更好地保持其色、香、味，并可减轻在贮藏中的吸湿性。经过熏硫处理的制品也比未经熏硫的易于保色和避免微生物或害虫的侵染危害。

干制品的含水量对保藏效果影响很大。一般在不损害干制品质量的条件下，含水量越低，保藏效果越好。蔬菜干制品因多数为复水后食用，因此除个别产品外，多数产品应尽量降低其水分含量。当水分含量低于6%时，则可以大大减轻贮藏期的变色和维生素损失。反之，当含水量大于8%时，则大多数脱水蔬菜的保存期将因之而缩短。干制品的水分还将随它所接触的空气温度和相对湿度的变化而异，其中相对湿度为主要决定因素。干制品水分低于周围空气的温度及相对湿度相应的平衡水分时，它的水分将会增加。干制品水分超过10%时就会促使昆虫卵发育成长，侵害干制品。

贮藏温度为12.8℃和相对湿度为80%～85%时，果干极易长霉；相对湿度为50%～60%时就不易长霉。水分含量升高时，硫处理干制品中的SO₂含量就会降低，酶就会活化，如SO₂的含量降低到400～500mg/kg时，抗坏血酸含量就会迅速下降。

高温贮藏会加速高水分乳粉中蛋白质和乳糖间的反应，以致产品的颜色、香味和溶解度发生不良变化。温度每增加10℃，蔬菜干制品的褐变速度加速3～7倍。贮藏温度为0℃时，褐变就受到抑制，而且在该温度时所能保持的SO₂、抗坏血酸和胡萝卜素含量也比4～5℃时多。

光线也会促使果干变色并失去香味。有人曾发现，在透光贮藏过程中和空气接触的乳粉就会因脂肪氧化而风味加速恶化，而且它的食用价值下降的程度与物料从光线中所得的总能量有一定的关系。

干制品在包装前的回软处理、防虫处理、压块处理以及采用良好的包装材料和方法都可以大大提高干制品的保藏效果。

上述各种情况充分表明，干制品必须贮藏在光线较暗、干燥和低温的地方。贮藏温度越低，能保持干制品品质的保存期也越长，以0～2℃为最好，但不宜超过10～14℃。空气越干燥越好，它的相对湿度最好应在65%以下。干制品如用不透光包装材料包装时，光线不再成为重要因素，因而就没有必要贮存在较暗的地方。贮藏干制品的库房要求干燥、通风良好、清洁卫生。此外，干制品贮藏时防止虫鼠，也是保证干制品品质的重要措施。堆码时，应注意留有空隙和走道，以利于通风和管理操作。要根据干制品的特性，经常注意维持库内一定的温度、湿度，检查产品质量。