真空条件下猪肉解冻过程的模拟与试验
发布时间：2022-01-19 03:10
为了研究冷冻猪肉在高真空度下（100Pa）解冻过程中温度分布和解冻速率的变化规律以及解冻对产品品质的影响,以空气自然解冻为对照,采用有限元分析软件COMSOLMultiphysics,建立猪肉三维数学模型对真空解冻过程进行了数值模拟计算,并与试验结果进行对比,验证了解冻模型的可靠性,为真空解冻的理论研究提供了参考。结果表明:真空解冻和空气解冻模拟所得时间分别为8.90 h和27.30 h,而试验测得结果分别为8.83 h和28.40 h,真空解冻速率明显快于空气解冻,而且两者模拟结果与试验结果误差分别为0.79%和4.03%,误差均较小;真空解冻后猪肉的保水性（解冻损失率和蒸煮损失率）、pH值和质构性（硬度、弹性、咀嚼度等）均优于空气解冻（P<0.05）,即与空气解冻相比,真空解冻能更好地保持冷冻猪肉解冻后的品质。该结果对猪肉真空解冻的深入研究也有一定的参考意义。
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(20)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
猪肉三维网格模型图Fig.23Dmeshmodelofpork
?料的默认值，数值如表1所示。表1传热模型中的定量参数Table1Quantitativeparametersinheattransfermodels参数Parameter数值Value单位Unit猪肉的密度961kg·m-3水的潜热waterL335kJ·kg-1外界温度extT15℃初始温度0T-18℃冰的比热容icePC4.2kJ·kg-1·K-1水的比热容waterPC2.1kJ·kg-1·K-12.2湿空气冷凝模型2.2.1几何模型和假设条件研究对象具有较好的对称性，计算取1/2部分进行分析。模型尺寸以实际箱体的大小设计，如图3所示，网格划分了3359个，平均网格边长为3.35mm。假设条件如下：1）将冷凝温度场视为二维，即忽略第三方向上流体速度、湿度等变化；2）解冻肉的温度变化对解冻箱内空气流动的影响很小，流动可以被当成稳态；3）湿空气只通过热传导和水蒸气凝结两种方式与肉发生热交换；4）流入的空气相对湿度为饱和状态，湿空气在过饱和时只在肉表面发生凝结。图3解冻箱内湿空气的二维几何模型及网格的划分Fig.32Dgeometricmodelandmeshdivisionofwetairinthawingbox2.2.2层流模型经计算该流动在常压下的雷诺数Re<500，而100Pa压力条件下空气密度更小，所以该流场为层流流动。在层流物理场中，湿空气从真空箱体侧面的入口以0.6m/s的速度流入，在箱体顶端由真空泵抽出。由于模型具有较好的对称性，因此将几何边界定义为对称边界条件，剩余边界定义为绝缘。层流在二维空间下黏性可压缩流体的Navier-Stokes方程airuu=-pIF（11）airu0（12）air23TFuuuI（13）式中air为
第20期李贺强等：真空条件下猪肉解冻过程的模拟与试验315evapvevapqLg（19）式中evapg为蒸发通量，g/(m2·s)；vL为蒸发潜热，J/g。蒸发通量与空气中的相对湿度有关。在“空气中的水分输送”物理场中，将肉表面对应的边界设置为“潮湿表面”，即可在该表面计算蒸发通量。蒸发通量的计算公式为evapsatsatlevapsatl-000VVVVMKcccccgccc或≤或（20）式中evapK为蒸发速率因子，m/s；lc为表面上的液态水浓度，mol/m3。根据蒸发通量的定义，当发生凝结时，表面的水分浓度应当大于湿空气的饱和浓度，猪肉表面附近的湿空气应当为过饱和，即猪肉通过热传导使空气降温，周围空气的湿度达到过饱和，然后蒸汽中的水分凝结在猪肉表面，进一步放出热量。模型中使用的其他定量参数以COMSOL软件中材料的默认值为准，如表2所示。表2冷凝模型中的参数Table2Parametersinthecondensationmodel参数Parameter数值Value单位Unit湿空气的密度air0.0012kg·m-3动力黏度1.5×10-5Pa·s绝对温度Tair15℃水蒸气的摩尔质量VM18g·mol-1相对湿度100%3结果与分析3.1数值模拟结果3.1.1真空解冻过程猪肉中心截面的温度分布图4反映了解冻过程中肉块内部的温度分布。在解冻初期，由于肉块表面与箱体内的湿空气存在较大温差，大量水蒸气在肉块表面冷凝并放出热量，肉块表面温度迅速上升，但肉块内部还未发生相变，内部温度依然较低；当解冻时间处于2.5h～7.5h之间，肉块云图内部低温区域逐渐缩小，但变化速率较为缓慢，此阶段肉块由外向内开始发生相变，需要消耗大量热量；当解
【参考文献】：
期刊论文
[1]几种新型解冻技术对肉品质影响的研究进展[J]. 张馨月,邓绍林,胡洋健,王鹏,韩敏义,徐幸莲. 食品与发酵工业. 2020(12)
[2]国家统计局：2019年猪肉产量4255万吨 下降21.3%[J]. 中国食品. 2020(Z1)
[3]空气解冻温度对猪里脊肉品质的影响[J]. 何向丽,卢东岚. 肉类研究. 2020(02)
[4]2019年猪肉形势分析及2020年展望[J]. 朱增勇,马莹. 今日养猪业. 2020(01)
[5]冷冻及解冻处理对肌原纤维蛋白理化性质的影响[J]. 刁小琴,关文婷,张瑛,云波,黎亚,关海宁. 中国酿造. 2019(12)
[6]低温高湿解冻对南美白对虾保水性及肌原纤维蛋白生化特性的影响[J]. 崔燕,朱麟,尚海涛,宣晓婷,俞静芬,林旭东,康孟利,凌建刚. 食品科学技术学报. 2020(02)
[7]不同冻结方式对鱿鱼品质的影响[J]. 谭明堂,谢晶,王金锋. 食品与发酵工业. 2019(11)
[8]低温高湿解冻改善猪肉品质特性[J]. 彭泽宇,朱明明,张海曼,姚东昊,马长明,何鸿举,王正荣,赵圣明,康壮丽,马汉军. 食品与发酵工业. 2019(08)
[9]不同包装材料对冷冻猪肉品质及营养成分的影响[J]. 程雅婷,揭晓蝶,田旭,陈霈瑶,何航,章杰. 肉类工业. 2018(09)
[10]不同解冻处理对猪肉理化特性及微生物数量的影响[J]. 郑旭,曾露,柏先泽,王传花,侯爱香. 肉类研究. 2018(04)
硕士论文
[1]不同冻结、解冻方式对肉羊内脏品质及微观结构的影响[D]. 郭志敬.内蒙古农业大学 2019
[2]不同温度下鸡肉中沙门氏菌的生长与次氯酸钠杀菌的微生物预测模型[D]. 逄海英.浙江大学 2018
[3]保水剂和解冻方法对冻藏罗非鱼片品质的影响[D]. 张珂.广东海洋大学 2016
[4]冷冻猪肉的射频解冻工艺[D]. 郭洁玉.江南大学 2015
本文编号：3596102
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(20)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
猪肉三维网格模型图Fig.23Dmeshmodelofpork
?料的默认值，数值如表1所示。表1传热模型中的定量参数Table1Quantitativeparametersinheattransfermodels参数Parameter数值Value单位Unit猪肉的密度961kg·m-3水的潜热waterL335kJ·kg-1外界温度extT15℃初始温度0T-18℃冰的比热容icePC4.2kJ·kg-1·K-1水的比热容waterPC2.1kJ·kg-1·K-12.2湿空气冷凝模型2.2.1几何模型和假设条件研究对象具有较好的对称性，计算取1/2部分进行分析。模型尺寸以实际箱体的大小设计，如图3所示，网格划分了3359个，平均网格边长为3.35mm。假设条件如下：1）将冷凝温度场视为二维，即忽略第三方向上流体速度、湿度等变化；2）解冻肉的温度变化对解冻箱内空气流动的影响很小，流动可以被当成稳态；3）湿空气只通过热传导和水蒸气凝结两种方式与肉发生热交换；4）流入的空气相对湿度为饱和状态，湿空气在过饱和时只在肉表面发生凝结。图3解冻箱内湿空气的二维几何模型及网格的划分Fig.32Dgeometricmodelandmeshdivisionofwetairinthawingbox2.2.2层流模型经计算该流动在常压下的雷诺数Re<500，而100Pa压力条件下空气密度更小，所以该流场为层流流动。在层流物理场中，湿空气从真空箱体侧面的入口以0.6m/s的速度流入，在箱体顶端由真空泵抽出。由于模型具有较好的对称性，因此将几何边界定义为对称边界条件，剩余边界定义为绝缘。层流在二维空间下黏性可压缩流体的Navier-Stokes方程airuu=-pIF（11）airu0（12）air23TFuuuI（13）式中air为
第20期李贺强等：真空条件下猪肉解冻过程的模拟与试验315evapvevapqLg（19）式中evapg为蒸发通量，g/(m2·s)；vL为蒸发潜热，J/g。蒸发通量与空气中的相对湿度有关。在“空气中的水分输送”物理场中，将肉表面对应的边界设置为“潮湿表面”，即可在该表面计算蒸发通量。蒸发通量的计算公式为evapsatsatlevapsatl-000VVVVMKcccccgccc或≤或（20）式中evapK为蒸发速率因子，m/s；lc为表面上的液态水浓度，mol/m3。根据蒸发通量的定义，当发生凝结时，表面的水分浓度应当大于湿空气的饱和浓度，猪肉表面附近的湿空气应当为过饱和，即猪肉通过热传导使空气降温，周围空气的湿度达到过饱和，然后蒸汽中的水分凝结在猪肉表面，进一步放出热量。模型中使用的其他定量参数以COMSOL软件中材料的默认值为准，如表2所示。表2冷凝模型中的参数Table2Parametersinthecondensationmodel参数Parameter数值Value单位Unit湿空气的密度air0.0012kg·m-3动力黏度1.5×10-5Pa·s绝对温度Tair15℃水蒸气的摩尔质量VM18g·mol-1相对湿度100%3结果与分析3.1数值模拟结果3.1.1真空解冻过程猪肉中心截面的温度分布图4反映了解冻过程中肉块内部的温度分布。在解冻初期，由于肉块表面与箱体内的湿空气存在较大温差，大量水蒸气在肉块表面冷凝并放出热量，肉块表面温度迅速上升，但肉块内部还未发生相变，内部温度依然较低；当解冻时间处于2.5h～7.5h之间，肉块云图内部低温区域逐渐缩小，但变化速率较为缓慢，此阶段肉块由外向内开始发生相变，需要消耗大量热量；当解
【参考文献】：
期刊论文
[1]几种新型解冻技术对肉品质影响的研究进展[J]. 张馨月,邓绍林,胡洋健,王鹏,韩敏义,徐幸莲. 食品与发酵工业. 2020(12)
[2]国家统计局：2019年猪肉产量4255万吨 下降21.3%[J]. 中国食品. 2020(Z1)
[3]空气解冻温度对猪里脊肉品质的影响[J]. 何向丽,卢东岚. 肉类研究. 2020(02)
[4]2019年猪肉形势分析及2020年展望[J]. 朱增勇,马莹. 今日养猪业. 2020(01)
[5]冷冻及解冻处理对肌原纤维蛋白理化性质的影响[J]. 刁小琴,关文婷,张瑛,云波,黎亚,关海宁. 中国酿造. 2019(12)
[6]低温高湿解冻对南美白对虾保水性及肌原纤维蛋白生化特性的影响[J]. 崔燕,朱麟,尚海涛,宣晓婷,俞静芬,林旭东,康孟利,凌建刚. 食品科学技术学报. 2020(02)
[7]不同冻结方式对鱿鱼品质的影响[J]. 谭明堂,谢晶,王金锋. 食品与发酵工业. 2019(11)
[8]低温高湿解冻改善猪肉品质特性[J]. 彭泽宇,朱明明,张海曼,姚东昊,马长明,何鸿举,王正荣,赵圣明,康壮丽,马汉军. 食品与发酵工业. 2019(08)
[9]不同包装材料对冷冻猪肉品质及营养成分的影响[J]. 程雅婷,揭晓蝶,田旭,陈霈瑶,何航,章杰. 肉类工业. 2018(09)
[10]不同解冻处理对猪肉理化特性及微生物数量的影响[J]. 郑旭,曾露,柏先泽,王传花,侯爱香. 肉类研究. 2018(04)
硕士论文
[1]不同冻结、解冻方式对肉羊内脏品质及微观结构的影响[D]. 郭志敬.内蒙古农业大学 2019
[2]不同温度下鸡肉中沙门氏菌的生长与次氯酸钠杀菌的微生物预测模型[D]. 逄海英.浙江大学 2018
[3]保水剂和解冻方法对冻藏罗非鱼片品质的影响[D]. 张珂.广东海洋大学 2016
[4]冷冻猪肉的射频解冻工艺[D]. 郭洁玉.江南大学 2015
本文编号：3596102
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