三种常见谷物密封蒸煮过程的模拟与仿真优化研究
发布时间：2020-07-08 04:26
【摘要】：粥是一种由稻米、小米或玉米、豆类等粮食煮成的稠糊的食物。由于其软糯易消化,粥是深受消费者喜爱的中国传统食品,而近年来预制包装的粥类产品品种不断增加、消费量不断上升,具有广阔的市场前景。但目前的生产主要基于传统工艺的扩大化,产品品质控制难以保证一致和最优,其原因为蒸煮过程的变化和优化控制尚缺乏系统性的研究。本文采用COMSOLMultiphysics软件、基于传热传质的模型分别对糯米、大麦和赤豆的密封蒸煮过程进行了模拟与仿真优化的研究,旨在为工业化粥类罐头的生产提供理论基础,主要研究成果如下:1、研究了糯米在100℃,115℃和121℃下密封蒸煮过程中物理性质以及淀粉颗粒微观结构的变化情况。结果表明,温度的升高会增大糯米的水化速率和软化速率,以及汤汁剪切黏度的变化速率,但对水分含量(3.99g.g-1)、标准化硬度(0.05 N.N-1)和剪切粘度(6.747 Pa·s)的平衡值无明显影响。利用数学模型对蒸煮过程进行拟合并进行误差分析,结果表明,指数模型可以准确地预测糯米水分含量和标准化硬度的变化趋势,相对误差分别小于3.650%和8.604%。Sigmoid模型能准确地描述汤汁剪切粘度的变化趋势,相对误差小于8.386%。对水化过程进行热力学分析,焓变(-65.01到-65.19kJ·mol-1)、熵变(-0.270到-0.271 kJ·mol-1·K-1)和吉布斯自由能(35.7到41.4kJ·mol-1卜)的变化说明糯米在密封蒸煮时发生的水化过程是一个非自发的放热过程。2、采用COMSOLMultiphysics软件,建立了脱壳大麦密封蒸煮三维模型,可模拟脱壳大麦在不同温度下密封蒸煮过程中体积膨胀、水分含量及其分布情况的变化,并对该模型进行了实验验证。通过对实验值和模拟值之间的差异进行统计分析,验证了该模型的准确性,其中赤豆水分含量的RMSE值小于0.068g·g-1,P值小于5.058%;膨胀率的RMSE值小于0.250,P值小于7.230%。利用模型对大麦密封蒸煮过程进行分析,发现随着温度的增加,水化和膨胀的速率明显增加;通过将烹饪温度从100℃提高至121℃,可以使得大麦到达平衡水分含量和体积的时间减少约50%。但是,温度的升高不会影响水分含量与体积的平衡值。3、利用COMSOLMultiphysics软件,建立赤豆二维轴对称模型,采用多物理场耦合的方法来分别模拟赤豆在100℃,115℃和121℃下的密封蒸煮过程并验证,该模型能较好地模拟赤豆在密封蒸煮过程中传质传热以及大变形的过程。研究表明,利用COMSOL软件对赤豆密封蒸煮过程进行数值模拟,模拟值和实验值较为接近,其中赤豆水分含量的RMSE值小于0.086g·g-1,P值小于5.851%;膨胀率的RMSE值小于0.456,P值小于9.112%。由模型可预测赤豆的密封蒸煮过程,随着温度的上升,水化和膨胀的速率明显增加,通过将蒸煮温度从100℃提高至121℃,可以使得赤豆达到平衡水分含量和体积的时间减少约39.7%。同时,温度的升高会增加赤豆平衡水分含量与体积。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS210.4
【图文】：
图２．１邋１００ＱＣ邋（ａ），邋１１５°Ｃ邋（ｂ）和１２１°Ｃ?
水分吸收通常被认为是水分扩散过程，受介质和核仁之间水分浓度梯度，系逡逑统温度以及大米种类的影响。此外，在烹饪过程中，随着大米淀粉的溶出，液体逡逑部分黏度的增加同样影响着其水化过程。如图２．２ａ所示，烹饪温度越高，水分吸逡逑收速率越快。这可能是因为氋温下大米淀粉会有更多分子搖的断裂，从而能形成逡逑更多的水氢键。逡逑１４逡逑
烹任进行到４０ｍｉｎ时，所有的淀粉颗粒都形成了网状结构，但内部的孔径小于逡逑外部。直到烹饪６０邋ｍｉｎ时，所有的淀粉才形成了均匀的网状结构。当烹饪温度逡逑为１１５°Ｃ时，形成均R耐唇峁剐枰矗板澹恚椋铄澹ㄍ迹玻矗猓＃保玻
本文编号：2746091
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS210.4
【图文】：
图２．１邋１００ＱＣ邋（ａ），邋１１５°Ｃ邋（ｂ）和１２１°Ｃ?
水分吸收通常被认为是水分扩散过程，受介质和核仁之间水分浓度梯度，系逡逑统温度以及大米种类的影响。此外，在烹饪过程中，随着大米淀粉的溶出，液体逡逑部分黏度的增加同样影响着其水化过程。如图２．２ａ所示，烹饪温度越高，水分吸逡逑收速率越快。这可能是因为氋温下大米淀粉会有更多分子搖的断裂，从而能形成逡逑更多的水氢键。逡逑１４逡逑
烹任进行到４０ｍｉｎ时，所有的淀粉颗粒都形成了网状结构，但内部的孔径小于逡逑外部。直到烹饪６０邋ｍｉｎ时，所有的淀粉才形成了均匀的网状结构。当烹饪温度逡逑为１１５°Ｃ时，形成均R耐唇峁剐枰矗板澹恚椋铄澹ㄍ迹玻矗猓＃保玻
本文编号：2746091
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