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食品物料通电加热及高压电场节能干燥的应用研究

李法德

  随着科学技术的进步,在食品制造中出现了许多新的电磁处理技术和加工方法。其中,利用通电加热技术对食品物料进行加热处理和检测物性参数的变化是人们研究的热点之一。由于高压电场对蒸发和干燥具有促进作用,因此,电场作用下的干燥是电磁处理加工的另一个研究热点。但是,人们对食品物料的电导率和利用电导率变化测量淀粉的糊化温度及其高压电场作用下食品物料的干燥过程、能量消耗、节能率等还没有进行系统研究。因此,为了更好地应用这些技术,必须对有关食品物料的电导率及其随温度的变化规律和电场作用下食品物料的干燥机理、节能率等进行研究。本论文的研究以物理学、电磁学、食品物性学、化工原理、静电技术、测试技术等多学科的理论为基础,主要开展了两个方面的研究工作:一是通过对电导率测试系统的完善和改进,研究了豆浆和淀粉悬浮液在通电加热过程中电导率的变化规律并提出了确定糊化温度的方法;二是通过自行设计制作的高压电场实验装置,研究了高压电场作用下的蒸馏水的蒸发和豆渣等食品物料的干燥过程。主要内容包括:1.自行设计制作了OH—4A小型实验用通电加热装置,利用该装置能够实现加热速率的程序控制;2.利用电导率计研究了不同固形物含量的豆浆在水浴锅中加热时电导率随温度和固形物含量的变化规律,结果发现豆浆的电导率不受加热速率的影响;当用50Hz的交流电对豆浆进行等电压条件加热时,在固形物含量一定的条件下,豆浆的电导率不受电压大小的影响,并且与在水浴锅中加热时使用电导率计测得的电导率变化规律相同。当利用OH—4A小型实验用通电加热装置对豆浆进行等加热速率条件加热豆浆时,由于采用固态继电器自动控制加热速率,豆浆的电导率不仅与固形物含量有关,而且还与加热速有关,主要原因是在控制加热速率的过程中,固态继电器输出电压的波形发生了变化;3.本文对不同种类和不同浓度的淀粉悬浮液在等电压条件下进行了通电加热实验,研究了电导率随温度的变化规律,提出了在糊化温度范围内淀粉悬浮液电导率下降的机理。由于在淀粉的糊化温度范围内,dσ/dT-T曲线的形状更类似于利用差示扫描量热法对淀粉进行热分析时得到的吸热峰形状,首次提出了利用dσ/dT-T曲线确定糊化温度的方法,即运用在DSC吸热峰曲线上确定糊化温度的原则,在dσ/dT-T曲线上确定淀粉的糊化温度。由于电导率的降低是由淀粉颗粒膨胀减小了导电粒子的通道面积、增大了导电粒子的运动阻力造成的。因此,在本研究中首次把dσ/dT-T曲线上、类似于DSC曲线吸热峰的图形称为“阻滞峰”(block peak)。实验证明:在预糊化淀粉的dσ/dT-T曲线上则没有出现阻滞峰;4.通电加热过程中淀粉悬浮液的浓度越高,dσ/dT-T曲线上的阻滞峰的形状越明显,阻滞峰与淀粉糊化前后的dσ/dT=常数所围成的面积越大,越有利于淀粉糊化温度的测量;当淀粉质量与蒸馏水质量保持不变时,随着食盐含量的增大,由于加热速率的提高,在dσ/dT-T曲线上的阻滞峰的形状越明显,也有利于淀粉糊化温度的测量;中国农业大学博士学位论文食品物料通电加热及高压电场节能干燥的应用研究2002年6月摘要*一5.建立了高压电场作用下蒸馏水蒸发实验装置,在该实验装置上研究了不同条件下高压电场对蒸馏水蒸发速率的影响,得到:l)电场作用下蒸馏水的蒸发速度与对比的蒸发速度之比随相对湿度的增大而增大,即相对湿度较高时,高压电场对蒸发的促进作用越明显;2)盛放容器对电场的作用效果有较大影响:蒸馏水盛放在烧杯中时,在电压保持不变的条件下,蒸馏水的蒸发速度随电极之间距离的增大而增大,蒸馏水盛放在培养皿中时,馏水的蒸发速度随电极之间距离的增大而减小。主要原因是盛放容器影响了电力线的分布。3)循环气流对电场的作用效果有较大影响,实验发现当存在循环气流时,蒸馏水的蒸发速度比低于没有循环气流时的蒸发速度比;6.建立了高压电场作用下的干燥实验装置,在该实验装置上主要对豆渣在105’C的烘箱中进行了电场作用下的干燥实验,结果发现:电场作用下豆渣的干燥过程服从Pop模型。由于电场的作用,豆渣的初始干燥速率是对比的2.5~3.5倍,达到同样的含水量(10%wb)时,节能率达到40%,并可节省干燥时间15 k fo40%。这对降低干燥能耗、提高干燥效率具有重要意义;7.研究了高压电场对豆渣干燥质量的影响:电场作用下干燥后的豆渣饼仍是完整的,对比则出现了裂纹甚至破碎,其主要原因是电场促进了豆渣内部水分向表面的扩散速率;初步分析了高压电场促进干燥的机理。本文最后对利用通电加热原理测量淀粉糊化温度以及利用高压电场促进蒸发和干燥提出了进一步研究的建议。……   
[关键词]:通电加热;电导率;淀粉糊化;高压电场;蒸发;干燥
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国农业大学2002年