2017年12月19日星期二

107-12-29-繳交第五作業-(蒸發與乾燥筆記)/ 第六次作業-習題

作業五--蒸發濃縮與乾燥筆記

作業六 (請自行放大)

要抄題目(問答題與填充題皆是), 圖形不用畫在作業上,

2017年9月27日星期三

107-12-27-過濾-膜分離

--膜分離的操作是指使用膜來分離二個同質或異質的相，因此膜在分離過程中亦可以稱為第三相，簡單來說即是利用膜將進料端與出料端區分成兩相，再施以一個驅動力(driving force)促使物質通過膜

--驅動力常見為壓力差、濃度差、溫度差、電位差或是合併數種驅動力，藉由不同物質通過膜的速率有所不同．因而達到分離的目的

107-12-13/20-混合乳化

混合（Mixing）與乳化

一. 前言

選擇適當的混合機械除了達成混合目的外，原料的物性（包括比重、黏度、粒度、表面張力、混潤性等）以及化學特性亦要考慮。

二. 混合操作類型

依原物料特性不同，混合操作一般可區分為：

1. 攪拌(agitation) ：以高速度將低黏度液體加以混合，屬於較強的混合方法。

2. 捏糅(kneading) ：以搓糅之手段，使高黏性半固體之食品加以混合，並同時進行伸展、拉展、折疊等動作之方法。

3. 乳化(emulsification) ：使二種或二種以上之液相或懸浮液，經混合或均質化（homogenization）處理，使成為安定乳化液(emulsion)的混合方法。

4. 摻和(blending) ：將固體或液體成分與粉末物料充分達成均勻分布之狀態，進行單純的混合、溶解、分解等操作之方法。

1. 攪拌 (Agitation)

攪拌操作多用於低黏度且易互溶之液體間的混合處理。液體食品受攪拌之效率，隨其流速之增加而提高，當液體食品流動緩慢呈線流時，可能有攪拌不完全的現象；但流速過大時，則會在槽內產生漩渦，而使食品包入過量空氣，此現除對好氧發酵有所幫助外，然而氧化作用可能會引起食品成份的品質劣化，這是攪拌操作上要注意之處。

2. 捏揉（kneading）

◎高黏度食品材料的混合稱為捏揉，然而高黏度的食品通常具有可塑性（plasticity），經適當地搓揉與擠壓後，可促進製品之物理質地，提高製品的可塑性，例如麵團之揉合、魚漿擂潰等，均具有促進蛋白質成膠性之功能。

◎高黏度材料需要強力混合，使用適宜之捏合機(kneader)能達成剪斷、摺疊、伸展、拉裂、搥搗等操作。若捏揉的目的僅於使食品中各成分或新添加之成分均勻化，則視之為混合操作，例如奶油中加鹽、奶油與糖粉拌合，巧克力之均勻化等。

◎此外，捏揉亦可是為固體(粉末)和液體的混合。例如麵粉加水後的捏揉過程可分為三個階段，(1)麵糰展開期、(2)麵糰耐剪期、(3)麵糰軟化期。第一階段麵粉因吸水形成糰狀；第二階段表示經適合速度與時間捏揉後，展開後的麵糰較具可塑性，可承受外界施予的功量(work)，故此期又稱安定期。繼續施以捏揉達第三階段，麵糰之可塑性可能崩潰，糰性將會喪失。捏揉操作在食品工廠廣泛地使用於麵粉加工品、巧克力、糕餅、乳製品、糊狀物、煉製品等的製造。

3. 乳化Emulsification

均態物質（homogenous matter）內所有分子彼此有均勻的吸引力可形成相（phase)，而同相的分子極易相互吸引而凝聚成團。至於非均態物質，因分子間的吸引力不相等，出現界面（interface）或表面（surface）無法成同相，如此分子較難互相凝聚，如水相與油相、水相與氣相。界面乃表示任何相一兩相間之界限面，而表面則指液相與氣相之界限面。液體與他種液體或固體接觸面所引起的張力，則稱為界面張力（interface tension）;液體與氣體接觸面所引起的張力，稱為表面張力（surface tension）。

◎乳化（emulsification）處理之目的是使互不溶的兩種液體，經由激烈拌合後，使其中一種液體以細緻的微粒分散存在於另一種液體中，此混合之液體稱為乳化液（emulsion）。

◎ 因為乳化液是由原來互不相溶的液體（例如：油和水），在油水分離的狀態下，此時兩溶液之間的界面接觸面積最小，整體之自由能最小，是熱力學上最穩定的狀態。

◎ 若將該二種互不相容之液體用力搖動，則二者交界面首先變形，如此使兩液界面接觸面積增加，使其中一種液體以液滴型態分散於另一液體中，稱為分散相（disperse phase），分散於另一種連續相（continuous phase）之液體中，此過程稱為乳化，所形成的物質稱為乳化液。

4. 摻和 (Blending)

在食品工業生產中，摻和處理常應用在固體或粉體原料的混合，將不均勻之物料混合均勻來完成製程。例如咖啡豆、蛋糕粉、湯粉、調製乳粉、麵粉中之添加劑及嬰兒食品中添加營養劑等之調製。摻和作業除需原料有高度均一性外，尚需要求混合速度快，故其處理方法及機具選用應視粒狀或粉體特性而定。影響摻和效率之因素有粒徑、形狀、比重、黏著性、凝聚性、表面光滑度及水分含量等因子。要注意的是粒徑相同比重較大之顆粒，或是比重相同但粒徑小而圓形者，易產生向下分離現象(segregation)，如此完成摻和會較為費時。當摻合處理趨於最佳效果時，應即時包裝，如果繼續摻和，則可能導致反混合使均勻度反而下降。

107-11-29-第十章乾燥

第十章 食品乾燥工程

1. 食品乾燥目的：去水.耐藏.成品多樣化.減積

水活性(aw)之定義:密閉系統中食品系統之平衡水蒸汽壓(P)與同溫度下純水之飽和水蒸汽壓(P0)之比值。或以平衡相對溼度(equilibrium relative humidity, ERH)表示。因此，純水之水活性為 1。Aw0.8到0.85範圍內，細菌受到仰制；酵母於Aw0.75到0.80範圍內不發育；Aw在0.70到0.75時黴菌停止發育；Aw0.7以下可完全仰制微生物發育。但乃能進行酵素反應.褐變反應.脂肪氧化反應。※在高溫下水活性較在低溫下高

2. 食品組織成份中，除水分外可分為水溶性成分、半水溶性、非水溶性成份三大類。水溶性→糖分、酸味成分及可溶性礦物質及鹽分

伴水溶性→高分子性之糖類、蛋白質類

非水溶性→油脂類、非水溶性礦物成分類

3.半乾性食品：含水量約30到50%，食取方便感官佳

4.食品水分特性：

a.種類→自由水、毛細管水、強結合水(一般乾燥不易去除) b.擴散作用、毛細作用 c.乾燥引起：收縮及表面硬化

5.乾燥原理：

a.基本術語：含水率表示法分；濕重基準法及乾重基準法(使用較多)

b.平衡含水量：食品之水分含量達平衡而穩定不變

c.自由水含量：食品達到平衡含水量時所損失的重量，稱為該食品在該狀態下之自由水含量

6.乾燥三階段： a.預備乾燥期：食品表面狀態與熱空氣間，相互平衡之時期

b.恆率乾燥期：表面水分充裕、蒸發作用穩定快速 c.減率乾燥期：表面水分含量不足，而呈乾燥狀態食品表面溫度與熱空氣溫度接近。初期：毛細管現象為主後期：液體擴散為主(表面已呈乾燥狀)

7.支配恆率乾燥期長短之因子：乾燥面積、熱空氣與乾燥物之溫差、濕度差、熱傳係數、質量傳送係數。

支配減率乾燥期長短之因子：物體體積和形狀、水分擴散係數、含水率

10.乾燥學說：

a.由毛細管力量所致使之水分移動論(毛細孔現象→孔隙度大者)

b.由內外濃度差所造成的液體擴散論

c.由內外蒸氣分壓差所造成的蒸氣擴散論

d.由食品內部吸附之水層所致之擴散論

11.乾燥方法及裝置：

a.熱風乾燥法；使用熱風乾燥裝置，乃採用熱空氣之高溫能提高食品之水蒸氣壓及本身之低濕度之特性，來達到將食品水分排除。

種類：(1)熱風乾燥機

(2)分批式熱風乾燥機：包括組件→鼓風系統、加熱系統、食品置放架保溫箱；優點：可有效控制溫度與流速

(3)隧道式乾燥機

(4)迴轉式乾燥機：可適用於熱定性較大的材料。如：砂糖、咖啡豆

b.流動床乾燥法：使用流動床乾燥機，原理與流動床冷凍乾燥機相同

目地：利用高壓空氣，將食品吹成流動狀，加速熱風與食品間熱傳率

適用：可被吹的動之食品。如：榖類、肉丁、豆類、咖啡粉

優點：速度快易控制。

缺點：在攪拌時，部分未充分乾燥之製品亦被流入製品之中。

c.氣流乾燥法：使用氣流乾燥機，為一種將粒狀或粉狀潮濕食品，以熱空氣吹散並行乾燥之方法。是由乾燥氣管、粉品分離機、空氣加熱機、鼓風機組成。

優點：粉粒狀食品，表面積大溫度未達熱空氣之濕球溫度前表面水分已蒸

蒸發，故乾燥速率快。適用：榖類、澱粉、馬鈴薯粉、肉丁等。

d.泡沫乾燥法：使用泡沫乾燥機，為產果汁、咖啡、牛奶等而設計的，復水

性佳又無焦味之特點。

e.鼓形乾燥法：使用鼓形乾燥機，主體為橫臥圓筒體，以熱水或其他熱媒通

過，設法將泥狀材料塗抹在筒體外，食品遇熱水分及蒸發製滾筒另一邊時，食品已乾燥，經刮刀下即為產品。鼓形乾燥機可分為3種：單鼓式、双鼓式、對鼓式

※影響乾燥速度及含水率因子：鼓體轉速、鼓面溫度、食品膜層厚度

優點：乾燥速率快、熱能利用率高；缺點：僅限於液體或泥狀之食品

適用：飼料用之奶粉、湯粉、麥片粉、酵母粉等。

f.真空乾燥法：使用真空乾燥機，使食品與大氣水蒸氣壓差趨近0，則食品

在最低熱傷害之溫度下行脫水乾燥。適用：果汁、蕃茄漿、咖啡精製造

g.凍結乾燥法：使用凍結乾燥機，將食品在凍結點以下之溫度凍結後，於真

空條件下，將食品中水分已昇華之狀態排除之乾燥法。

優點：維持固有形狀、不發生變色、風味不變、不失原有營養分、復水性

特佳、耐藏性高、運輸成本低。

缺點：產品易回朔、產品易被氧化及變質、一脆裂、易發生物理變性、包

裝成本貴。

相關理論：(1)冰之蒸發及水之擴散 (2)加熱與乾燥速度之理論

(3)因為本乾燥模式為低壓下，冰點下無法以一般乾燥曲線說

明。

依氣體運動：Vmax=P(1/2πnRT)^1/2

若以毛細管現象表示流動速度： Vm＝a/L △P(Pm+b)

凍結乾燥法之應用：因具復水性佳，耐藏性及品質安定性，故為製造速食

之優良法。如：咖啡粉、茶粉、肉、魚蝦、高貴蔬菜等…

h.噴霧乾燥法：使用噴霧乾燥機，將液體食品作成直徑10到100μ之務滴狀

而曝露於高溫度下，在極短時間內即可充分乾燥。

原理：霧滴化食品之單位體積所持有之表面積比值很大，以霧滴曝露於

高溫空氣下，由於及大溫度差，則具有強大的乾燥推動力，使乾燥

時間加快以秒為單位的程度。

噴霧乾燥機組之組成：霧化系統、乾燥室、製品回收系統、熱空氣供應

系統(熱能來源：燃料油、過熱蒸氣、電熱及天然氣4種)

影響因子：(1)乾燥物直徑

(2)霧滴與熱空氣是否充分混合以發揮熱傳效率

(3)乾燥式：a順流式 b對流式 c混合式

食品工業上之應用：音產品受熱破壞較少，復水性佳特佳、可用在製造

奶粉(全脂及低脂)、乳清粉、冰淇淋粉、奶油粉、乾酪粉、嬰兒乳

品、蛋粉(全蛋及蛋白)等…

107-11-15- 第九章蒸發（evaporation）＆濃縮(concentration)

Chap 9 蒸發與濃縮

A.前言269-270

1.定義: 蒸發（evaporation）＆蒸餾（distillation）。

2.蒸發作業改進: (1).熱能使用經濟性；(2).蒸發熱的回收利用(3)蒸發裝置改良

3. )蒸發裝置à蒸發罐 (熱交換器；最簡式：p.280-fig9.4）及周邊à冷凝器、真空pump、霧沫分離器、排氣閥等(p.300-303)。

B蒸發與濃縮(concentration )目的 : ① 降低含水率② 儲存性↑③ 體積↓④ 特殊目的 ⑤ 注意a. 能源再使用b. 因加熱影響品質c. 壓力改變 → 低溫濃縮

C.影響溶液沸點因素

1.大氣壓 2.溶質濃度(因濃縮而提高, 例:圖9-1 3.靜水壓 4.真空度p.278。

D.食品特性如何影響蒸發作業p275-277

1. 食品黏度 : 太高會妨礙循環對流速度和K值。原液初黏度小，但隨濃縮↑，熱傳速率越慢。 2.鍋垢 : 溶液受熱在表面留下一層不溶性食品固形物，是為鍋垢。熱傳面受積留而增厚，總括熱傳係數↓。3.起泡性 : 食品沸騰產生泡沫，形成原因在於水蒸氣、過熱溶液及懸浮固形物間之表面張力。可添加表面活性劑或機械式攪破。4.熱敏感性 : 濃縮時蒸發罐沸騰溫度宜低，受熱時間短。採用真空蒸發罐降低內壓或薄膜蒸發器。5. 香氣成分之揮發 : 果汁濃縮時香氣隨蒸氣損失，應分批蒸餾冷凝水回收，加回補足香氣。6.腐蝕性 : 慎選建材 ( 如不銹鋼 )防止污染。採用強制循環蒸發器，加熱面積小、總括K大、接觸時間短，造價省。

E. 蒸發溶液之熱量平衡及質量平衡

△ 熱量平衡 : ◎. 設無任何熱能損失

熱媒蒸氣放出冷凝潛熱 = 溶液升溫之顯熱 + 水分蒸發之潛熱

V_iλ_s = L_i C_p( t_b – t_i) + V_oλ_v

△ 質量平衡 :

進入質量 = 流出 Li = V_o + L_o

僅平衡液體 L_i ( 1 – x_f ) = L_o ( 1 – x_p ) + V₀

F. 蒸發罐設計對效率影響

Q ＝ U A △t

1 熱媒與蒸發液間之溫差。2 罐內之液深。3蒸發液之密度與黏度。4. 其他-加大蒸發 ( 濃縮 ) 面積。

G. 熱能之再利用：　

　　　1. 預熱回收法