發(fā)布時(shí)間：2020-11-02 14:48

　　 通電加熱技術(shù)以焦耳定律為理論基礎(chǔ),將電流(通常為交流電)通過具有導(dǎo)電性的食品材料,從而達(dá)到加熱目的。相較于傳統(tǒng)加熱方式,通電加熱具有加熱均勻、能量轉(zhuǎn)換率高、加熱速率快等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是一項(xiàng)具有前景的食品熱加工技術(shù)。本研究以調(diào)理型肉糜制品—漢堡肉餅為對(duì)象,考察了不同頻率和溫度下漢堡肉餅的電導(dǎo)率,以及通電加熱過程中樣品的升溫曲線和溫度分布情況。利用COMSOL Multiphysics軟件和有限元分析方法求解麥克斯韋方程組,模擬了不同頻率和加熱時(shí)間下漢堡肉餅的溫度分布情況,并與實(shí)際加熱情況進(jìn)行了對(duì)比,用實(shí)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證模型,探究了通電加熱技術(shù)在漢堡肉餅加工上的可行性。1.測(cè)定了不同溫度(10℃至80℃)和頻率(50 Hz至20 kHz)下漢堡肉餅的電導(dǎo)率變化,對(duì)比分析了兩種頻率下(50 Hz和20 kHz)電導(dǎo)率的差異。采用LCR測(cè)量?jī)x測(cè)定了樣品在12個(gè)頻率下的電氣特性(包括阻抗值),基于阻抗值(Z)計(jì)算得出樣品的電導(dǎo)率。20 kHz下,樣品電導(dǎo)率為0.7 S/m~3.54 S/m;50 Hz下的電導(dǎo)率為0.93 S/m~3.78 S/m。在測(cè)定范圍內(nèi),樣品電導(dǎo)率隨溫度升高逐漸增大。相同溫度下,樣品電導(dǎo)率隨頻率升高而增大;在5000 Hz以下頻率范圍內(nèi),增長(zhǎng)速率較快,5000 Hz后接近于常數(shù)。2.為考察通電加熱過程中樣品的升溫速率及溫度分布情況,利用COMSOL Multiphysics軟件,通過麥克斯韋方程組的求解和有限元分析對(duì)兩種頻率下(20 kHz和50 Hz)漢堡的通電加熱特性進(jìn)行了模擬。模擬通電加熱系統(tǒng)的能量損失少,能量轉(zhuǎn)化率高(90%以上),樣品中心達(dá)到目標(biāo)溫度(80℃)的時(shí)間在20 kHz下為80 s,50 Hz下為204 s,加熱后樣品內(nèi)部溫度分布趨勢(shì)為樣品中心溫度最高,邊緣溫度最低,呈對(duì)稱形式。3.考察了不同頻率下的加熱速率和溫度分布情況。樣品達(dá)到目標(biāo)溫度(10至80℃)時(shí),高頻率(20 kHz)和低頻率(50Hz)通電加熱時(shí)的加熱時(shí)間分別是131.11s和290.5 s,說明采用高頻率加熱能夠有效縮短加熱時(shí)間,模擬加熱時(shí)間較實(shí)際加熱時(shí)間短。高頻通電加熱技術(shù)可有效降低樣品汁液損失率(高頻率為0.76-10.39%,低頻率為2.26-10.85%),從而保證產(chǎn)品品質(zhì)。樣品表面及截面的溫度分布都呈現(xiàn)中心溫度最高,邊緣溫度最低情況,說明通電加熱是內(nèi)部加熱,且加熱頻率對(duì)溫度分布沒有影響,該分布規(guī)律與模擬結(jié)果一致,證實(shí)了模擬算出的溫度分布模型。在50 Hz加熱時(shí),出現(xiàn)電極腐蝕現(xiàn)象,樣品被金屬離子污染,該現(xiàn)象是低頻通電加熱設(shè)計(jì)中需要著重考慮的因素之一。根據(jù)實(shí)驗(yàn)及模擬結(jié)果,肯定了通電加熱技術(shù)在調(diào)理型肉糜制品加工中的可行性,及其加熱時(shí)間短,溫度分布均勻的優(yōu)勢(shì)。
【學(xué)位單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TS251.1
【部分圖文】：

熱加工方法在食品工業(yè)中起保證產(chǎn)品安全性及提高品質(zhì)的重要內(nèi)被廣泛應(yīng)用，相應(yīng)地產(chǎn)生了諸多食品熱加工方法。食品熱加工方法主要有傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。這些方法需要傳熱介液等），及其通過傳遞熱量的方式進(jìn)行，在加熱過程中會(huì)造成一起不均勻加熱，導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)不理想。為提升和優(yōu)化加工過程中一種新型的、快速的、高效的熱加工方法，尤其是利用電學(xué)的方射頻加熱及歐姆加熱），這些方法能夠直接在物料內(nèi)部中產(chǎn)生熱工方法有快速、高效、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)。加熱（也稱為歐姆加熱、焦耳加熱或阻抗加熱）是一種基于焦耳工方法，作用機(jī)制是將電流（通常為交流電）通過能夠?qū)щ姷氖沉蟽?nèi)部產(chǎn)生熱量。常見的加熱系統(tǒng)由隔熱容器、電極、食品材料成（如圖 1-1 所示）。

配置有溫度測(cè)量系統(tǒng)的光纖被插入至樣品中心，以監(jiān)控加熱過日本肉類制品熱加工的法規(guī)，需要將材料加熱至 75 ℃并保持 1菌效果。由于在通電加熱過程中，在電流通過的情況下無(wú)法保持根據(jù)殺菌計(jì)算，將樣品加熱至 80℃后可以達(dá)到徹底加熱效果，所以究的終點(diǎn)溫度。品中心以 10℃的間隔從 10℃升溫至 80℃，切斷電流，迅速將接至加熱系統(tǒng)，測(cè)量樣品在 12 個(gè)頻率點(diǎn)（50,60,100,500,750,100,10000,15000,20000Hz）處的電氣特性。實(shí)驗(yàn)裝置的整體示意實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定三次，所得數(shù)據(jù)收錄進(jìn)個(gè)人電腦，由 Microsoft E。

圖 2-2 LCR 測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.2-2 Scheme of heating apparatus for LCR measurement率計(jì)算計(jì)算公式如下：= ×1 量?jī)x可以測(cè)量樣品的阻抗（Z），電抗（X），電阻（Rs 和 Rp電路）。盡管通電加熱時(shí)生物組織的加熱和溫度上升是由于值（Z），在計(jì)算 EC 時(shí)認(rèn)為有 R=Z 的關(guān)系（尤其是在高頻率根據(jù)其他研究的建議[7]，使用 Z 值進(jìn)行計(jì)算和分析更加方便率范圍內(nèi)，Rp 比 Rs 的值更高，并且隨著頻率增大，兩者之
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