GENERATION OF SPECIFIC PRODUCT STRUCTURES DURING DRYING OF FOOD翻译
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食品干燥中的一种特定产品结构文摘:干燥食品的质量和功能主要取决于他们的分子、超分子、微观与宏观结构。
在高温干燥过程中美拉德反应和蛋白质变性温度也会加快。
因此,食品的分子结构可能会发生显著变化。
干燥速率对生成的超分子结构有显著影响。
快速脱水导致非晶态结构而缓慢脱水时低分子量物质会结晶。
此外,干燥过程中湿产品的固体含量,其组成、压力波动以及运动力学都影响产品的微结构。
干燥过程也影响最终产品的宏观结构和光学外观。
关键词:干燥、食品、分子结构、超分子结构、微观结构介绍各种食品被干燥是为了延长保质期或减少运输重量。
举个例子，把牛奶转换成为耐贮存(软包装)牛奶粉末以减少牛奶的运输重量的影响因素有7 – 8个。
因此,运输需要更少的能量。
此外,产品冰镇或冷冻分布值低于0.75时，通过干燥减小水活度变得不可取，同时变质的产品数量减少了。
因此,干燥有助于减少影响食品分发和消费的环境因素。
可溶性咖啡、速溶茶和麦芽酒粉都是通过液态水植物提取物脱水得到的。
表层和全脂乳粉、充满奶粉、粉状奶昔,婴儿配方和粉末食品材料是通过浓缩及随后的集中干燥牛奶或基于液体混合的牛奶制造出来的。
对新鲜的香草、香料、蔬菜和水果块进行脱水以便使他们的结构稳定。
食品材料，像调料,肉类,蔬菜类的提取物、淀粉和淀粉水解产物以及凝胶干燥室为了更方便和容易运输粉体。
在干燥之前，例如使用降膜蒸发器，液体浓缩到固体重量的50 - 70%。
在食品工业中应用了许多不同的干燥技术:滚筒干燥,漆膜干燥、炉干燥、带干燥、喷雾干燥、喷动带干燥、气流输送干燥、流化床干燥、微波干燥,冷冻干燥、渗透干燥和煎炸。
这些过程是在真空或大气压下进行的。
此外,压力是不断变变的,相应的膨胀系数可以确定。
水份的蒸发所需要的热量是通过传导、对流或辐射转移的。
在碰撞干燥中，高速空气强化了对流换热。
在浓度梯度和渗透压力驱动下水也可以转移到周围环境介质中。
或者水可以被其他液体、脂肪或碳水化合物替代,从而改变了产品结构。
被干燥的产品的质量和功能很大程度上取决于他们的分子、超分子、微观、宏观结构。
存储期间的复水速度、产品颜色、产品密度、机械稳定性、脱水或复水状态的结构、氧气灵敏度和芳香损失是产生的产品结构的重要参数。
干燥过程中不同的结构水平都被影响。
根据制剂和工艺条件,可以生成特定的结构。
干燥过程中分子结构的变化在许多干燥过程中应用升温手段加速各种化学反应。
因此, 在多数干燥过程，食品的分子结构发生了变化。
高温下加速反应的最重要的反应之一是美拉德反应。
美拉德反应一方面总结了蛋白质、多肽、氨基酸之间的不同的反应，另一方面与还原糖密切相关。
美拉德反应也包括以下的反应和降解中间产品(Strecker退化)。
最后获得烤制的黑色物质(例句。
Fufural,Butanal,Pyrroline),同时产生二氧化碳。
在一些应用程序中,美拉德反应能够产生完美的曲线和产品的颜色。
在有些程序中(如干燥婴儿配方)美拉德反应是不受欢迎的，因为基本氨基酸(例如。
Lysin)是丧失了。
因此,产品的营养价值降低。
此外,在高温干燥过程中蛋白质展开并聚集。
因此,他们失去了自己的功能并且对产品再水化是有不完全溶解、沉积物和胶体浊度。
最后但并非最不重要的，酶变性从而失活。
显然这样质量恶化可通过设计合理的干燥工艺来最小程度话。
通过干燥参数影响超分子结构把含水产品转化为固体时,可以得到不同的超分子结构。
快速干燥导致各种不同的非定形结构,表现为不同程度的分子无序状态。
在图1中将缓慢冷却的麦芽糊精熔化物(从120°C开始以5 °C 每分钟开始冷却)与在相同的水分含量用快速喷雾干燥麦芽糊精进行比较(Decamps et al., 2009)。
尽管两种无定形的样品采用的化学方法相同,但是它们的焓、熵、比热容不同。
这些差异显示出结构不规则和结构的热量释放差异。
可以预计,两种样品释放热量和或水分的物理行为不同。
快速喷雾干燥麦芽糊精其特点是在70°C时有一个松弛，此时具有局部极大热容量和与温度相关的熵值的改变。
这一松弛峰随着温度的升高而移位，因为分子的重组最终随着退火的进行而消失。
在温度和湿度上升到一定程度是退火加速(Decamps et al., 2009)。
这种熵张弛原因应该是在不同的热量测法中第一和第二种上述扫描方式之间的差异。
在贮存过程中这些非晶态结构发生了结构变化。
随着温度和湿度的升高,由于黏度降低，这些过程被加速。
最后，能够观测到低分子量的结晶成分(例如乳糖), (Jouppila and Roos, 1994).虽然非晶态和晶态超分子具有相同的化学组成,但是两者的物理化学属性完全不同(Palzer, 2010)。
非晶态结构可视为过冷液体。
他们的热力学失衡、溶解放热并且在拉压情况下表现出弹性粘度。
此外,这种非晶态结构的形状很大程度上依赖于脱水的程度。
超过玻璃化转变温度，材料料从玻璃态转变为橡胶态。
在玻璃态产品矩阵的物理形态与固体类似。
分子矩阵的自动扩散被抑制,该系统是,尽管仍处于失衡状态，但是热力学系统相对稳定。
上述玻璃化转变温度，在橡胶态时，产品表现为液体的物理属性。
此外, 分子矩阵的自动扩散加快和系统热力学失衡。
非晶态物质的玻璃化转变温度是增塑剂的一个函数。
相应地,以松脆物位例子，干零食或面团产品是最终含水量的一个函数。
面包粉的玻璃化转变温度的水分依赖度接近于纯蛋白(le Meste et al., 1992)。
面包皮的玻璃化转变温度是淀粉和谷蛋白玻璃化转变温度的结合(Huang et al., 1996)。
如果含水量足够低并且温度低于主要为淀粉和谷蛋白的玻璃化转变温度，矩阵为玻璃态并且成脆性(van Nieuwenhuijzen, 2008)。
非晶态聚合物还可以用于干燥时包衣,由于他们良好的成膜性能和通过增塑性调节粘度的可实现性，非晶态聚合物还可以用于干燥时包衣，例如水或甘油。
晶态组成成分热力学稳定,溶解吸热，产生物理变形并且他们很少水分敏感。
由于其优良的物理稳定性、晶态结构成为优先考虑的。
因此,乳品工业发展喷雾干燥工艺,这个干燥中有乳制品乳糖结晶粉末。
在基质的剪切粘度为10 Pa∙s时,脱脂牛奶粉末中的晶态乳糖需要1到3分钟(Vuataz,2002年)。
然而,嵌入在非定型结基质中的晶体可能释放组成成分(例如脂类)。
因此,在加水产品中，奶粉的乳糖晶体导致自由脂和白色斑点增加。
在喷雾干燥产品中晶体和非晶体之间的比率受在干燥前后加入组成成分的影响，而不受在湿相变干过程中加入他们的影响。
这会产生一种结构特性完全不同的产品。
干燥过程中的微结构在喷雾干燥过程中，粒径分布受雾化压力、喷嘴的设计、辅助雾化空气的使用和雾化浓缩中的固体浓缩的影响。
在干燥过程中，干燥产品块的粒径分布可以通过研磨机的设计、筛子的筛孔大小进行调整。
然而,具体的粒子微结构可以通过选择合适的干燥过程及应用适合干燥的条件组合进行生成。
这种微结构的设计包括基本粒子的凝聚、活跃分子的包围以及在非晶粒子和高孔隙度粒子中的活微生物。
干燥过程中基本粒子的凝聚在许多应用中都希望得到附聚物而不是细小的基本粒子。
附聚物的流动性提高并且通常溶解得更快。
在液体喷雾干燥中,可以得到干燥粒子附聚物(Písecký, 1997; Blei and Sommerfeld, 2003a & 2003b; Verdurmen and Menn 2004; Werner et al., 2005)。
再循环的干燥粉末必须被添加到干燥器区域的小滴,这些小滴不再是液体(粘度在103Pas以上),而是胶粘剂(粘度在108Pas以下)。
通过预测喷雾干燥器中的湿度和温度分布,使用CFD,考虑物料的湿度敏感性,测定液滴的表面粘度是可能的。
因此,在液滴作为粘结剂的喷雾干燥器中标识区域是可行的(Gianfrancesco, 2007；Gianfrancesco et al.,2010)。
在这些区域中，为了得到一种类似葡萄的凝聚结构，加入干燥细颗粒。
图3是在喷雾干燥过程中利用不同条件生成的附聚物的电子显微镜扫描图片。
高湿度下的碰撞导致一个相对密实的凝集结构和颗粒间的大桥梁。
粒子的团聚也可能通过在炉盘、带干燥器或喷雾带干燥器中干燥湿颗粒来得到。
放在盘子或移动带的湿颗粒烧结结合形成固体块。
经过干燥和冷却后这些块通过磨铣达到所需要的微粒尺寸。
流化床干燥器颗粒干燥过程中，如果由于床湿度高导致颗粒的表面粘度太低，会有不希望发生的聚集过程(Palzer,2010b)。
因此可以得到越来越多超大粒子。
干燥过程中增加内部孔隙度喷雾干燥前增加空气量增加了孔隙度并且降低了最终产品的密度。
因此,雾化前，CO2和N2在浓缩液中以小气泡的形式溶解或驱散。
在干燥了的颗粒中这些气泡产生气孔。
图4显示充气和没有充气的浓缩液产生的颗粒。
用类似的方式浓缩液可以转化为泡沫，然后在炉、带或冷冻干燥器中干燥。
冷却后可以通过研磨得到所需尺寸的易碎泡沫块。
泥浆或湿颗粒快速干燥过程中真空的应用有利于产生高孔隙率的最终产品。
此外,真空加速干燥并且允许适中温度操作。
应用真空的例子:在炉子和带式干燥蔬菜糊,肉提取物和加工调料。
真空也用于提高微波干燥中蔬菜和水果片的孔隙度。
压力的快速下降导致蔬菜片的晶涨现象并且得到很低密度的干燥产品。
同样在浓缩液的冷冻干燥中,在那里气体被溶解或者被分散,导致高度多孔结构。
一方面气泡转化为气孔。
另一方面升华的冰晶形成各种不同的小气孔。
因此,得到两种孔径分布模型(见图5)。
干燥过程中最初的冰晶及其演化形式的尺寸受冻结速度和冻结升华温度曲线的控制。
为了得到一个小孔径分布，希望形成均匀冰晶体。
生成的微观结构不仅影响产品密度和溶解速度,而且影响产品的颜色。
由于光线的漫射和反射，颗粒表面下方的表面粗糙度和微小气泡导致产品色泽更鲜亮。
干燥过程中也可以观察到粒子的收缩(Raederer, 2001)。
快速喷雾干燥会导致粒子表面致密。
久而久之,得到非均匀密度分布的粒子。
根据脱水条件和提取物的成分可能产生中空颗粒。
图6 显示的是喷雾干燥的畸形表面粒子。
这种变形解释为外面的粒子壳的硬化和干燥颗粒内部气泡双重作用的结果(Verhey, 1972)。
在喷涂干燥油质乳液过程中，油脂的分布影响产品的溶解度。
希望得到亲水性基质包围小油滴的产品。
由于脂肪结晶或液滴与颗粒间传质发生凝聚，喷雾干燥条件导致越来越多的自由油脂停留在粒子表面。
亲油性活性物质的封装喷雾干燥也可以用于封装亲水性芳香物或其他活性物质(Nielsen and Getler, 2007)。
芳香物溶解在油中，乳化成的集中的碳水化合物、水状胶体或蛋白质。
喷雾干燥脱水后,油滴嵌入在一个非晶碳水化合物或蛋白质基质。
基质密度可以通过混合不同比例的碳水化合物和蛋白质来调节。
