792食品工程原理 2.2焓湿图的使用方法 现以图12-6中某状态点的走向来分析焓湿图的使用方法。 对显度 公含 冷却1加热 加热与增湿 湿空气比名 温度7 温度T 温度T 6) 冷却】 干燥 冷却降湿 温度T 温度T 温度7 (d) (e) (D (a)根据已知参数找状态点(b)从某状态点加热或冷却()增湿加热过程 (d)冷却去湿过程 (c)两种湿空气混合 (f)湿空气干燥食品过程 图126焓湿图应用分析 图12-6中(a)表示当已知任何两个参数时，可在图上找出状态点A,然后 由该点找出其他参数。图12-6中(b)表示状态点1在等湿条件下的加热或冷却 过程。 图12-6中(c)表示湿空气由点1向增温又增湿方向发展。 图12-6中(d)表示由状态点1先等湿降温，直到饱和线后再沿饱和线去湿。 图12-6中()表示两种湿空气1及2相混合的过程，当两种状态的湿空气 1和2混合时，其混合后的状态点3必在1~2的连线上。根据质量守恒原理， 混合后状态点位置必靠近其中气体质量较大的一方。如1,2点的气体中干空气
第12章食品干燥原理793 质量分别为m1及m2,则点3距点1及点2的距离L满足下式 m1=L3-2 m2L(1-3) (12-12) 即根据已知两状态点的质量m1及m2,可从图上按反比例关系确定混合气 体状态点3距点1的距离L1-3)及点2距点3的距离L3-2)。 混合后状态点的确定也可根据混合过程中的质量守恒和能量守恒原理，由两 种干空气的质量m1及m2、焓h,及h2以及湿含量d1及d2计算获得混合后状 态点3的湿含量d3及焓h3,由此可查得混合后的其他参数。 n1+n2=m3 (12-13) mid1+m2d2=m3d3 (12-14) mih1+m2h2=m3h3 (12-15) 由此得 d3=11+m2d2 m1+m2 (12-16) h3=m1h1+m22 m1+m2 (12-17) 图12-6中(f)表示湿空气干燥食品时的过程，若忽略干燥中湿空气对食品 加热所用去的热量及加热室侧壁的散热损失量，则用湿空气干燥食品的过程应该 近似为等焙过程。理论干燥过程即是一条等焓线。但由于前述各项热量损失，其 状态点的走向并非沿等焓线变化，而是少许向下倾斜。 3 湿物料的基本性质 3.1湿物料的形态和物理性质 (1)湿物料可按其外观形态的不同而分为下列几种： ①散粒状：如谷物、各种油料种子； ②晶体：经过滤分离后的各种晶体，如葡萄糖、柠檬酸、盐等； ③块状：如马铃薯、胡萝卜、面包等； ④片状：如果蔬、肉类切片、葱蒜头刨片、饼干等；
794食品工程原理 ⑤条状：马铃薯条、刀豆、香肠等： ⑥粉末状：淀粉、奶粉等； ⑦膏糊状：如麦乳精浆体等； ⑧液态：包括各种溶液、悬浮液和乳浊液如牛奶、蛋液、果汁等。 (2)湿物料又可按其物理化学性质的不同粗略分为两大类： ①液体 a溶液：如葡萄糖、味精等水溶液及食品的浸出液： b胶体溶液：如蛋白质溶液、果胶溶液等。 ②固体 a结品质的固体：如糖和食盐等； b胶质分散系：如明胶、淀粉质物料等。 其中，后一大类是多见的。胶质固体又可分3类。弹性胶体是典型的胶质固 体，如明胶、面团等。当除去水分后，这种物料将收缩，但保持其弹性。脆性胶 体除去水分后要变脆，干燥后可能转化为粉末，如木炭、陶质物料等。第三类是 胶质毛细孔物料，如谷物、面包等，其毛细管壁具有弹性，干燥时收缩，干燥后 变脆。 3.2湿物料中水分存在形式和表示法 (1)物料中水分存在形式 ①机械结合水：这部分水处于食品表面和粗毛管中，与干物质结合较松弛， 以液态存在，易于蒸发，干燥主要是去掉这种水。 ②物理化学结合水：这部分水是指吸附水、渗透水和结构水，其中吸附水与 物料结合比较牢固，食品含水量在10%~16%时主要是微毛管水和吸附水，干 燥时要去掉一部分这种水，只能以气态排除。 ③化学结合水：这部分水是经过化学反应按一定比例渗于干物质分子内部， 与干物质结合比较牢固，若去掉这部分水必然要引起物理性质和化学性质的变 化，这种水不是干燥要排除的。 (2)物料中水分含量表示法食品水分又称为食品含水率，以百分数或小数 表示，水分的表达方法有干基水分和湿基水分两种。 ①干基水分：干基水分为食品中含有水的质量与干物质的质量之比， Ma-ma (12-18) 式中：Ma为干基水分（小数）；ms为食品中水的质量；m为干物质质量
第12章食品千燥原理795 干基水分的分母是干物质质量，在干燥过程中数量不变，便于工程计算，故 工程计算中常以干基水分为准。 ②湿基水分：湿基水分Mw以湿物料的质量为分母 M=%=m件m (12-19) 式中m为湿物料质量。 市场交易时，一般都采用湿基水分。两者之间的换算关系为 M Ma=1-Mw (12-20) Ma Mw=1+Ma (12-21) 3.3湿物料中水分的活度 湿物料中水分的活度对干燥速率有决定性作用，是湿物料干燥的重要因素。 倘若水蒸汽为理想气体，水分的活度即为水分的蒸汽压力与纯水蒸汽压。之比。 而且，蒸汽压不仅与温度有关，同时也与物料中水分的化学势与纯水化学势之差 有关。其间有如下关系式 u-Lo=RTIn=RTIna (12-22) 式中：：为物料中水分的化学势；0为纯水的化学势；p为物料中水的蒸汽压； p。为同温度下纯水的蒸汽压；R,为水蒸气的气体常数；a为物料中水分的活 度。对于纯水，活度ao=1,对于与物料相结合的水分，a<1。 食品中水分的活度直接与食品的保藏性有关，如图12-7和图12-8所示。食 品中水分活度低于某一限度时，微生物就很难繁殖。通常当水分活度大于0.95 时，微生物繁殖很快，而低于此值时，则明显受到抑制。实用上，一般假定水 分活度等于或低于0.75时，可认为微生物的繁殖或其他生命活动几乎全部停 止。 当湿物料与一定温度和湿度的空气相接触时，湿物料将排除水分或吸收 水分。设空气的温度为T(℃)，相对湿度为中，并假定其状态保持不变。湿物 料与此空气充分接触达到平衡后，其温度也应为T(℃)，且物料中水分蒸汽压 应等于空气中的水蒸汽分压。故达到平衡后，物料中水分的活度应等于空气的相 对湿度
796食品工程原理 1.0 非酶褐变反应 细菌 0.8 酵母菌 0.9 得菌 影06 脂质氧化反应 0.4 08 嗜盐菌 嗜干 0.5 0.7 喜渗透酵母菌 0.2 水分活度日 0. 图127水分活度与食品生化反应速率的关系 图128水分活度与微生物生长繁殖的关系 由此可知，当物料中水分活度大于空气的相对湿度时，物料将失去水分，水分活 度降低；反之，当物料中的水分活度小于空气的相对湿度时，物料将吸收水分 而水分活度提高。所以，与一定状态的空气成平衡时的物料，最终必有一水分含 量与之对应，这个水分称为平衡水分M。或平衡湿度。平衡水分与空气相对湿度 的关系曲线称为吸附等温线。图12-9表示马铃薯的吸附等温线。图12-10表示 几种食品的平衡水分。表12-1列出若干种食品的平衡水分。 0.5 0.5 0.4 期0.4 0.3 0.3 100 0.2 0.2 0.1 0. 0 0.20.40.60.810 00.20.40.60.81.0 空气相对温度P% 湿料中水分活度a 1.纤维素20℃2.蛋白元25℃3.马铃 薯淀粉25℃4.牛肉20℃ 图12-9马铃薯在不同温度下的 5.马铃薯20C 吸附等温线 图1210某些食品的平衡水分曲线