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第 2 o 卷第 4 期 2 0 0 4年 8月 0 0 D & MA C H 耵 Y , 一 V0 1 20No 4 Au g u s t 2 0 0 4 冻 肉通 电加热解 冻 的研 究 T h e r e s e a r c h o n o h mi c h e a t i n g t h a wi n g o f f r o z e n me a t 潘治利 殷 涌光 PA Z h i l i Y I N Y o n g - g u a n g ( 吉林大学生物与农业工程学 院, 吉林 长春1 3 0 0 2 5 ) ( C o l l e g e o f a n d A g r i c u l t u r a l E n g i n e e r i n g , J i l i n U m v e r s i * y , c 伽g c , J i l i n 1 3 0 0 2 5 , C h i n a ) 摘要: 对冻肉通电加热解 冻的方法进行 了试验研 究, 给 出了 通 电加 热解冻的机理。测 定 了一些参数 , 如 电导率、 导热性 和热扩散 系数等。另外, 通过对 冻肉不 同部位 的温度测量 得 出了温度场在解冻时的分布规律 , 并对能量利用率进行 了 简要的描述。 关键词 : 解冻 ; 通电加热; 电导率 ; 温度场 Al t r a d: Th e 0 l 1 l l l i c h e a t i n g t h a wi n g me t h o d t h s h the e x p e r i me n t a t i o n wi th t h e m l r i n g o f c o n d u c d v i ty, t h e r ma l c o n d u c t i v i t y,th e r ma l d i ff u s i o n c o e fi 3 一 c i e n t ,t h et e mp e r a t u r e o ft h ef r o z e nme a t we ,r e s t u d i e dT h e d i s t r i b u t i n gd i s c i p li n o fth et e mp e r a t u r e,t h e u s in g r a t i o o f e l e c t r i c e n e r g y w e r ei n t r o d u c e d Ke y wor d s :r Iha win g ; O li c h e a t i n g;El e c t r i c a l c o n du c t i v i ty;T e mp e r a t u r e fie l d 解冻是使冻结 物料 融解恢 复到冻结前 的新鲜状态 。由 于冻结物料在 自然环境 中亦能融解 , 所以解冻问题往往容易 被人们忽视 。从保持解冻物料的新鲜程度不至变化太大 的 角度出发, 尽可能地缩短解冻过程 的时 间将是非 常重要 的。 这是由于冻结物料 , 如食品原料在解冻升温过程 中细菌随之 大量繁殖, 引起物品腐败和品质的下降。与此 同时, 食 品原 料中营养成分随化冻的水流失等 1 。在食 品加工行业 , 如罐 头厂 、 肉联厂等需要大量冻结食 品作原料时 , 尤应注重大块 冻结 肉的解冻工艺。因此 , 研究冻肉的解冻方法将有着非常 重要的意义 。 l 目前解冻方法的介绍 1 1 外部加热法 外部加热解冻 , 是利用加热介质通过与冻 肉的表 面的接 触 , 把热量传递到 肉体 内部, 来达到解冻的 目的。根据解冻 的介质的不同可有以下几种 。 作者简介: 潘治利 ( 1 9 7 9 一) , 男 , 吉林大学生物与农业工程学院在读 研究生。E m a i l : p c h u a n g 6 1 6 3 , n e t 收稿日期 : 2 0 o 4 0 6 2 8 I 6 1 , 1 1 空气解冻法将冻 肉挂在解 冻间内, 利用 周围的空 气温度来进行解冻 , 同时用冷风机吹风 , 加快 肉中冷气 的散 发, 缓慢提高空气温度直至解冻完全_ 2 j 。 1 、 1 2 水蒸气解冻水蒸气解冻有常压和减压式 。常压高 温水蒸气解冻时间短 , 但物料的温度高 , 品质差 ; 在减压状态 下水可在低温下蒸发 , 低温饱和蒸汽与冷冻物料的表面相接 触 , 发生冷凝传热 , 可实现快速解冻。但裸露 的物料表面易 吸水 , 存在低温微生物繁殖等问题 。 另外 , 外部加热解冻方法还有温包解冻法 、 流水解冻法 等 2 l 。 1 、 2 内部加热解冻法 内部加热解冻是利用物料 的介电特性 , 使其处于 电场 的 作用下 , 极性分子产生运动 , 进而产生热量达到解冻的 目的。 利用这一原理来解冻的方法常见的有欧姆加热解冻 、 微波解 冻和高频 波解冻 。其优点是解冻 的速度快 , 汁液流失少 , 可 实现连续生产【 3 l 。 此外 , 除 了上述的两种外部加热解冻和内部加热解冻方 法外 , 根据蒸汽压力与沸点 的对应关 系, 水能在低温下沸腾 而形成水蒸汽 , 而产生的真空解冻法 _ 4 ; 还有利用高压静电、 电晕放电来解冻 的方法 ; 以及选取两者的优点而产生的组合 解冻法等_ 5 J 。 2 实验研究 2 1 试验原理 当电流通过导体时 , 因为有电阻的存在 , 所 以当 电流通 过时 , 由 Q= I 2 R T , 电阻要产生热量 , 本试验中冻肉也有 电阻 , 因此也产生热量 , 我们 就是利用 这个热 量来对冻 肉进行解 冻的。 2 2 试验 目的 通过对冻肉一些参数的测定 , 和通电加热解冻的试验性 研究 , 来分析冻肉的导电和导热特性 , 进而得 出在解 冻过程 中的冻肉各部分 的温度变化 , 和其温度场 的分布 , 以及 电流 维普资讯 肉类研究 2 0 0 4 年第4期 的变化规律 , 为通电加热解冻方法的实际运用提供理论上的 依据。 2 3 试验仪器及材料 不锈钢极板 、 电流表 、 电压表 、 温度计 、 导线 、 温度传感器 ( B Z 9 4 0 9 ) 、 秒表 、 电导率测量仪 、 恒温箱等。 原料 : 新鲜里脊 肉( 绕纱 布) , 形 状 : 长 1 4 c m, 宽8 5 c m, 高3 c m ; 1 食盐水。 2 4 实验方法 本实验采用 2 2 0 V商用交流电来对其通 电加热 , 在 肉的 不同的部位安装温度传感器用来测量冻 肉不同部位 的温度 , 以便描绘其温度场 的分布 。在 肉中插入若干金属探针 , 增 强 其导电能力 , 以使其能够受热均匀。为 了使冻肉能与极板接 触紧密 , 在开始时, 可将 肉和极板在一定浓度 的食盐溶液 中 浸一下, 这样可保证冻 肉能与极 板接触 紧密, 不至于造成 电 流的集 中。在解冻过程中 , 可不时的在两极板上 , 喷淋一定 浓度的食盐水 , 这样既能解决解冻不均匀的问题又能解决冻 肉与极板接触不紧密的问题 , 可以节约电能。 2 5 实验结果 2 5 1 冻 肉密度将冻 肉放在盛满水的大量筒 中, 然后 得 到肉的体积 , 再 在天平上 测 出其质 量 , 由 P =m v 。重复 几 次 , 近而得到其平均密度 。 算出平均密度 : p =1 0 6 f T l l 。 2 5 2 肉中水分含量 肉中的含水量与电导性有着密切 的 关 系, 不 同的含水量对应 的电导率有很大的差别 。因此 , 应 准确的测出其含水量。另外 , 含水量也与其导热性有着密切 的关系, 导热性决定食品的传热特性 。这就要求我们必须准 确的测 出其具体的含水量 。测量方法用的是直接干燥法, 准 确称得 肉品 1 0 0 g 左右 , 置于瓷坩埚内, 然后在 1 0 5 o C 恒温箱 内放置 4 h , 取出冷却至室温称量。然后再放 于恒温箱中 1 h 左右 , 然后冷却称量上下不超过 2 m g 即可。 计算公式 : 水分含量 : m =( 干燥 前的重量 一干燥后的重量 ) ( 干燥 后的重量 一瓷坩埚 的重量 ) X 1 0 0 。 本试验进行了三次试验 , 取其平均值 。算出平均含水量 =7 1 5 。 2 5 3 肉比热容的测定 由于物料 的比热容 , 与水所 处的 状态有很大关系 , 因此 , 人们 通过很 多试验得 出一个计 算 比 热容的经验公式( S i e b e l , 1 8 9 2 ) : C =0 8 3 7+1 2 5 6 c o k J ( k g k ) 。 把数据代入经验公式得 : C =0 8 3 7+1 2 5 6 X 0 1 7 5 =1 7 3 5 k J ( k g k ) 2 5 4 冻肉导热系数的确定通过热线法导热 系数测量仪 实测不同食品材料的热导率 , 得出了准确的估算公式_ 6 J : =0 1 4 9 l6+0 4 9 0 7 c o 得出 : =0 5 0 0 5 ( m k ) 。 。 2 5 5 冻肉热 扩散 系数 的测 定一般 来说 , 热扩散 系数 a 是根据 比热容 c 。 热导率 和密度 P的数据计 算而得 的, 即 a = ( p c 。 ) 。但也可 以用试验测量 , 本试验用此方法来计 算而得 : a = ( pc。 ) =0 5 0 0 5 ( 1 0 6X 1 7 3 5 ) =0 2 7 2 1 3 讨论 3 1 电导率及其变化规律 电导率 G=1 R =L v 式 中: V 施加电压, v ; I 电流 , A 。 由于电压是不变的 , 所以相应的电导率与电流变化趋势 相同 , 大小相差 1 V , 从而得出电导率随时间变化的规律 8 1 。 l 3 5 7 9 I l l 3 时间 m i n 图 1 电流 随 时间 的 变化 图 从图 1 中可看出随着时间的增加 , 电导率不断上升 , 而 且 , 随着时间的增加 , 电导率增 加的速度加快。其原 因是随 着解冻的不断深入 , 肉中的冰不断融化 , 自由水增加 , 肉的导 电性变强 , 所以, 电导率增加。进而可得出电导率 随时间的 变化规律。 3 2 实验中电解质影响 本实验之所以采用一定浓度的食盐水进行喷淋 , 是因为食 盐水是一种电解质, 其导电性能要好于自 来水, 对比试验如下 : 尸 -,。 。 : ! 时间 m i n 图 2 浸盐水和 自来水冻肉解冻对比试验 图 1 盐水2 自来水 从图 2中我们可以看到浸 了盐水 的冻 肉, 温度升高的比 较快 , 所 以就可以减少解冻 的时间。但 盐水 的浓度过高 , 反 而会影响肉的品质。在本试验 中我们采用 1 的盐水浓度 , 既可减 少解冻时间 , 又不至于破坏 肉的品质。另外 , 我们在 肉上绕了纱布 , 这样避免 肉的一部分过热 , 继而使解冻后 的 肉品质更好一些 。 3 3 温度场分布 3 3 1 沿极板方向温度分布 1 7 5 O 5 O l l O v m 5 O 5 m 一 一 赠 维普资讯 第 2 0卷第 4期 潘治利等: 冻肉 通电加热解冻的 研究 一 一 赠一1 一 l l l l 时 间 mi n 图 3 沿极板方向传感器温度分布图 1 靠近极板 2 次靠近极板 3 远离极板 4 、 与极板相距最远 1 、 2 、 3 、 4为沿极 板分 布的 四个温度 传感器。可 得 出规 律: 靠近极板 的解冻温度高 , 解冻效果好 , 离极板远的解冻温 度低 , 解冻效果差 。 3 3 2 与极板垂直方 向温度分布 6 4 0 一 2 赠一4 6 8 一 l O : 醑z 时 间 m i n 图 4 与极板垂直方向温度分布 图 1 与中心相距最远 2 与中心相距较近 3 、 处于中心位置 1 、 2 、 3 为与极板垂直分布的三个温度传感器。可得出规 律: 离冻肉中心越远 , 解冻的温度越高 , 并且温度增加的速率 较大。 由以上两个解冻过程 中的温度分布规律, 我们可得 出冻 肉在解冻时的温度大致变化规律为 : ( 1 ) 距极板越近 , 解冻温度越高 , 并且温度增加率大 , 距 极板越远 , 则相反 。 ( 2 ) 距冻肉中心越近 , 解冻温度越低 , 并且温度增 加率 小 , 距 中心越远, 则相反 。 说明在解冻过程中 , 冻肉的两端和它的外围最先解冻 , 随着游离水增加 , 相应的其导电性能变强 , 肉的温度上升 , 然 后逐步向中心渗透, 最后整个冻肉完全解冻。 3 4 能量的利用率 在通 电加热过程 中所产生的热量 , 一部分使冻 肉的温度 升高 , 另一部分使解冻介质液体 的温度 升高【 9 j9 。因此 , 我们 把冻肉吸收的热量与总能量 的比值称 为通 电加热 的电能利 用率 T 7 。T 7 是衡量通 电加热解冻时电能利用程度 的指标, 1 越 高, 解冻时电能的利用率越高。 通电加热解冻时 , 单位时间内消耗的总电能就是解冻系 统在单位时间内产生的总热量 , 即 W 叫 。t ) r 其 中: u为定值 , 电流随时间的变化如图 1 所示 。 在冷冻肉单位时间内吸收的热量为 : I 8 Q =c pn u 3 t n = 1 0 0 Q可由冻肉的质量 、 比热溶 、 温度的变化来求得 ; w可 由 积分 的形式求得。如 图 1 中所示 , 求得 电流与时间的积分 , 再与 电压相乘 , 可得到总的能量消耗 , 进 而可求 出能量的利 用率。 4 结语 通电加热解冻是一种非常有前途 的解冻方法 , 它有解冻 速度快, 解 冻均匀 、 完全 , 温度梯度小 , 加工范围广 等有别于 传统解冻方法优点 。随着通 电加热解 冻技术 的进一步完 善和发展 , 此技术在冻肉解冻方面的应用将会有非常广阔的 前景。 参考文献 闵连吉 肉类食品工艺学 M 北京 : 中国商业出版社 , 1 9 9 2 李树, 等、 肉品解冻技术 J 江西畜牧兽医杂志, 1 9 9 6 ( 3 ) : 6 0 6 1 李修渠 食品解冻技术 J 食品科技 , 2 0 0 2 ( 2 ) : 2 7 3 1 L e s t e r E J F r e e z i n g E ff e c t s o n F o o d Q u a l i t y J N M a r c e l D e k k e r I n c ,1 9 9 5、 尤俞敏 冻结食品的解冻技术 J 食品科学, 2 0 0 1 ( 8 ) : 8 7 9 o 彭海柱, 等、热线性测量食品热导率的试验研究 J 食品科学, 2 0 0 1 ( 1 ) : 2 7 3 0 罗 廷 礼, 等 一 种 估 算 热 导 率 的 方 法 人 工 晶 体 学 报, 2 0 0 0 ( 8 ) : 2 9 6 2 9 9 、 张璐 , 等 食品的电导率以及通电加热技术的探讨 J

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