调理型肉糜制品的通电加热特性研究

发布时间：2020-11-02 14:48

　　 通电加热技术以焦耳定律为理论基础,将电流(通常为交流电)通过具有导电性的食品材料,从而达到加热目的。相较于传统加热方式,通电加热具有加热均匀、能量转换率高、加热速率快等优点,被认为是一项具有前景的食品热加工技术。本研究以调理型肉糜制品—汉堡肉饼为对象,考察了不同频率和温度下汉堡肉饼的电导率,以及通电加热过程中样品的升温曲线和温度分布情况。利用COMSOL Multiphysics软件和有限元分析方法求解麦克斯韦方程组,模拟了不同频率和加热时间下汉堡肉饼的温度分布情况,并与实际加热情况进行了对比,用实测结果验证模型,探究了通电加热技术在汉堡肉饼加工上的可行性。1.测定了不同温度(10℃至80℃)和频率(50 Hz至20 kHz)下汉堡肉饼的电导率变化,对比分析了两种频率下(50 Hz和20 kHz)电导率的差异。采用LCR测量仪测定了样品在12个频率下的电气特性(包括阻抗值),基于阻抗值(Z)计算得出样品的电导率。20 kHz下,样品电导率为0.7 S/m~3.54 S/m;50 Hz下的电导率为0.93 S/m~3.78 S/m。在测定范围内,样品电导率随温度升高逐渐增大。相同温度下,样品电导率随频率升高而增大;在5000 Hz以下频率范围内,增长速率较快,5000 Hz后接近于常数。2.为考察通电加热过程中样品的升温速率及温度分布情况,利用COMSOL Multiphysics软件,通过麦克斯韦方程组的求解和有限元分析对两种频率下(20 kHz和50 Hz)汉堡的通电加热特性进行了模拟。模拟通电加热系统的能量损失少,能量转化率高(90%以上),样品中心达到目标温度(80℃)的时间在20 kHz下为80 s,50 Hz下为204 s,加热后样品内部温度分布趋势为样品中心温度最高,边缘温度最低,呈对称形式。3.考察了不同频率下的加热速率和温度分布情况。样品达到目标温度(10至80℃)时,高频率(20 kHz)和低频率(50Hz)通电加热时的加热时间分别是131.11s和290.5 s,说明采用高频率加热能够有效缩短加热时间,模拟加热时间较实际加热时间短。高频通电加热技术可有效降低样品汁液损失率(高频率为0.76-10.39%,低频率为2.26-10.85%),从而保证产品品质。样品表面及截面的温度分布都呈现中心温度最高,边缘温度最低情况,说明通电加热是内部加热,且加热频率对温度分布没有影响,该分布规律与模拟结果一致,证实了模拟算出的温度分布模型。在50 Hz加热时,出现电极腐蚀现象,样品被金属离子污染,该现象是低频通电加热设计中需要着重考虑的因素之一。根据实验及模拟结果,肯定了通电加热技术在调理型肉糜制品加工中的可行性,及其加热时间短,温度分布均匀的优势。
【学位单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS251.1
【部分图文】：

热加工方法在食品工业中起保证产品安全性及提高品质的重要内被广泛应用，相应地产生了诸多食品热加工方法。食品热加工方法主要有传导、对流和辐射。这些方法需要传热介液等），及其通过传递热量的方式进行，在加热过程中会造成一起不均匀加热，导致产品品质不理想。为提升和优化加工过程中一种新型的、快速的、高效的热加工方法，尤其是利用电学的方射频加热及欧姆加热），这些方法能够直接在物料内部中产生热工方法有快速、高效、节能等优势。加热（也称为欧姆加热、焦耳加热或阻抗加热）是一种基于焦耳工方法，作用机制是将电流（通常为交流电）通过能够导电的食料内部产生热量。常见的加热系统由隔热容器、电极、食品材料成（如图 1-1 所示）。

配置有温度测量系统的光纤被插入至样品中心，以监控加热过日本肉类制品热加工的法规，需要将材料加热至 75 ℃并保持 1菌效果。由于在通电加热过程中，在电流通过的情况下无法保持根据杀菌计算，将样品加热至 80℃后可以达到彻底加热效果，所以究的终点温度。品中心以 10℃的间隔从 10℃升温至 80℃，切断电流，迅速将接至加热系统，测量样品在 12 个频率点（50,60,100,500,750,100,10000,15000,20000Hz）处的电气特性。实验装置的整体示意实验平行测定三次，所得数据收录进个人电脑，由 Microsoft E。

图 2-2 LCR 测量实验装置示意图Fig.2-2 Scheme of heating apparatus for LCR measurement率计算计算公式如下：= ×1 量仪可以测量样品的阻抗（Z），电抗（X），电阻（Rs 和 Rp电路）。尽管通电加热时生物组织的加热和温度上升是由于值（Z），在计算 EC 时认为有 R=Z 的关系（尤其是在高频率根据其他研究的建议[7]，使用 Z 值进行计算和分析更加方便率范围内，Rp 比 Rs 的值更高，并且随着频率增大，两者之
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本文编号：2867182