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食品物料的电特性及其应用研究

李修渠  
【摘要】: 根据食品物料电特性进行的电磁处理方法主要有微波加热、高频波加热、通 电加热、高压静电处理、高压脉冲电场杀菌、电渗透脱水等。这些方法具有传统 方法所不能达到的许多优点,如:1)食品电磁处理可以减少营养成分的损失。 采用通电加热,物料的升温速率快,而且均匀,对固液混合物可实现固体颗粒和 液体的同时升温。采用高压脉冲电场杀菌可实现非热杀菌等;2)构成食品的分 子或粒子,大都具有某种荷电的性质,因此,使用电场或电磁场可以对构成食品 的最小单位进行最富效果的加工处理;3)利用食品电磁加工和检测,可实现加 工自动化及食品品质的精确控制;4)电磁加工具有高效、节能、方便、卫生、 易控制等特点。通电加热的电能利用率可达90%以上。电渗透脱水为一种节能脱 水技术;5)由于煤、石油、天然气等能源的不可再生性,而核电站的逐渐完善, 为食品的电磁加工提供了可能。因此,食品电磁加工技术的应用将越来越广泛。 与食品热物性相比,对食品电特性的研究较晚,利用食品电特性完成的食品加工 技术,才是近几十年的事。因此,开展对食品的电特性及其加工技术的研究是十 分必要的。 本论文首先在研究各种食品物料电导特性的基础上,对豆浆的通电加热和肉 的通电加热解冻做了较深入的研究,并为提高电渗透脱水速率提出了新的解决措 施。其主要内容有: 1.建立了固体和液体食品电导率测量实验台,在该实验台上对豆浆、淀粉悬 浊液以及肉的电导率等进行了测量研究,得到:1)豆浆的电导率随温度和固形 物含量的增加成线性增加;对于相同浓度的豆浆,含渣时的电导率和加热速率略 低于不含渣时的电导率和加热速率;电场强度对豆浆的电导率没有影响;2)豆 渣悬浊液的电导率在60℃左右发生突变。经400MPa、10min超高压处理的豆渣 所配成的悬浊液,其电导率在60℃以下高于未经处理的豆渣悬浊液的电导率,并 且在60℃左右不再发生突变。这证明了大豆在磨浆后仍有一部分细胞组织没被破 坏。通电加热或超高压处理破坏了这部分细胞组织,使其电导率升高。通过测量 带渣和不带渣豆浆加热后的固形物和蛋白质含量,得到带渣加热的豆浆的固形物 和蛋白质含量高于不带渣豆浆的固形物和蛋白质含量;3)淀粉悬浊液在通电加 热时,在电导率随温度的变化曲线上表现为在糊化温度点上电导率下降,因此, 可以用电导率的变化来判断糊化温度。水分含量50%以上不同浓度的淀粉悬浊液 的糊化温度值基本不变;糊化温度随电场强度的增大而升高。这些变化规律与用 其它方法测量所得结果是一致的;4)肉的电导率与肌肉纤维在电场中的方向有 关,肌肉纤维平行于电场方向时的电导率高于垂直电场时的电导率;冻肉的电导 率与肉内不冻结水分含量有关。 2.建立了浸泡通电加热解冻的模拟电路模型和导热模型。用模拟电路模型分 析了肉内产热量和电能利用率;用有限差分法求解电场和温度场,得到肉在解冻 博十学位论文 摘要 。过程中各节点的电场强度、产热量和温度的变化;并实验研究了肉的解冻过程, 实验所得到的结果与模型求解所得结果是一致的。认为在一定电导率的液体中通 电加热解冻可大大缩短解冻时间,并且肉最大面平行电场时的解冻效果优于垂直 电场时的解冻效果; 3.提出了提高电渗透脱水速率的措施一采用不等占空比的交变电场法。并建 立了电渗透脱水实验台。在该实验台上,使用不间断直流、等占空比交变电场和 不等占空比交变电场对豆腐皮和豆渣进行了电渗透脱水实验,得到:l)采用较 低频率的等占空比交变电场可提高电渗透脱水速率,并且,对于一定厚度的物料 在一定的电场强度下,具有最佳值;二)采用不等占空比的交变电场,脱水速宇 与不间断直流和等占空比交变电场相比,有了明显提高;3)探讨了豆腐皮和豆 渣在不间断直流、等占空比交变电场和不等占空比交变电场下的电渗透脱水机 理。认为采用不等占空比交变电场不论从提高电惨透脱水效果,还是从竹能人山, 都是较好的方法。 本文最后对通电加热解冻和淀粉糊化的测量以及电渗透技术提出了若干进一 步研究的建议。


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