第七章食品熱特性 第八章電物性

1、第七章 食品熱特性 第一節(jié)第一節(jié) 傳熱特性的主要參數(shù)傳熱特性的主要參數(shù)一一.比熱容比熱容(specific heat) 比熱容：使食品材料溫度升高比熱容：使食品材料溫度升高1K所需的熱量。所需的熱量。 傳統(tǒng)的方法是在恒溫槽中直接測(cè)量，近年傳統(tǒng)的方法是在恒溫槽中直接測(cè)量，近年來(lái)發(fā)展用差式掃描量熱術(shù)來(lái)發(fā)展用差式掃描量熱術(shù)(differential scanning calorimetry, DSC)來(lái)測(cè)量材料的比熱容。來(lái)測(cè)量材料的比熱容。 二二.焓焓 焓值是相對(duì)值焓值是相對(duì)值，其零點(diǎn)是，其零點(diǎn)是-40 的凍結(jié)狀態(tài)。的凍結(jié)狀態(tài)。 過(guò)去，物質(zhì)的焓值一般均按凍結(jié)潛熱，凍結(jié)率過(guò)去，物質(zhì)的焓值一般均按凍結(jié)潛

2、熱，凍結(jié)率和比熱容的數(shù)據(jù)計(jì)算而得。和比熱容的數(shù)據(jù)計(jì)算而得。 用用DSC直接測(cè)量食品焓值是一種新方法，其溫直接測(cè)量食品焓值是一種新方法，其溫度從度從-60 開(kāi)始到開(kāi)始到1 以上。以上。單位質(zhì)量的物質(zhì)所含的全部熱能。單位質(zhì)量的物質(zhì)所含的全部熱能。1kg或者或者1mol工質(zhì)的焓稱為比焓。工質(zhì)的焓稱為比焓。三三. 熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率 或稱或稱“導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)”。是物質(zhì)導(dǎo)熱能力的量度。符。是物質(zhì)導(dǎo)熱能力的量度。符號(hào)為號(hào)為。 測(cè)量食品材料熱導(dǎo)率較好的方法是探針?lè)?。測(cè)量食品材料熱導(dǎo)率較好的方法是探針?lè)ā?四四.熱擴(kuò)散系數(shù)熱擴(kuò)散系數(shù) 一般來(lái)說(shuō)熱擴(kuò)散系數(shù)一般來(lái)說(shuō)熱擴(kuò)散系數(shù) a是根據(jù)比熱容是根據(jù)比熱容cp和熱導(dǎo)率和熱

3、導(dǎo)率和密度和密度的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)計(jì)算計(jì)算而來(lái)，而來(lái)，即即 。 也可用實(shí)驗(yàn)也可用實(shí)驗(yàn)測(cè)量測(cè)量。熱擴(kuò)散系數(shù)熱擴(kuò)散系數(shù)a是研究非是研究非穩(wěn)態(tài)傳熱的重要物性穩(wěn)態(tài)傳熱的重要物性第二節(jié)第二節(jié) 主要傳熱參數(shù)的測(cè)定與應(yīng)用主要傳熱參數(shù)的測(cè)定與應(yīng)用一、比熱容測(cè)定方法一、比熱容測(cè)定方法(一一)混合法：其原理是把已知質(zhì)量和混合法：其原理是把已知質(zhì)量和溫度的樣品，投入盛有已知比熱溫度的樣品，投入盛有已知比熱容、溫度和質(zhì)量的液體量熱計(jì)中。容、溫度和質(zhì)量的液體量熱計(jì)中。在絕熱狀態(tài)下，測(cè)定混合物料的在絕熱狀態(tài)下，測(cè)定混合物料的平衡溫度。由以上已知量計(jì)算試平衡溫度。由以上已知量計(jì)算試樣的比熱容樣的比熱容c。 (二二)護(hù)熱板法：護(hù)熱

4、板法： 護(hù)熱板和試樣溫度始終保護(hù)熱板和試樣溫度始終保持一致。設(shè)在持一致。設(shè)在 t 時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，供給樣品的能量為供給樣品的能量為Q，試，試樣溫度升高為樣溫度升高為T，則，則 式中，式中，I為電流；為電流；U為電壓；為電壓；t為時(shí)為時(shí)間；間；m為試樣質(zhì)量；為試樣質(zhì)量；T為溫度變化。為溫度變化。二、差示掃描熱量測(cè)定與定量差示熱分析二、差示掃描熱量測(cè)定與定量差示熱分析（一）差示掃描熱量測(cè)定（一）差示掃描熱量測(cè)定（DSC）及定量差）及定量差示熱分析（示熱分析（DTA）的測(cè)定原理及方法）的測(cè)定原理及方法 在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，以任意的升溫在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，以任意的升溫速度掃描測(cè)定并記錄速度掃描測(cè)定并記

5、錄升溫過(guò)程中能量吸收升溫過(guò)程中能量吸收或放出的溫譜圖或放出的溫譜圖。nDSC測(cè)定原理如圖測(cè)定原理如圖7-6所示。所示。n DTA所得到的是所得到的是溫度差曲溫度差曲線線，而，而DSC記錄的是記錄的是補(bǔ)償補(bǔ)償電路電位電路電位，即能量變化。，即能量變化。(二二)DSC及及DTA在食品測(cè)定中的應(yīng)用在食品測(cè)定中的應(yīng)用1. 淀粉糊化的測(cè)定淀粉糊化的測(cè)定2蛋白質(zhì)熱變性的測(cè)定蛋白質(zhì)熱變性的測(cè)定3巧克力糖的測(cè)定巧克力糖的測(cè)定第八章 食品電物性第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、研究食品電特性的意義一、研究食品電特性的意義(1) 對(duì)食物資源充分利用，同時(shí)也減少加工中營(yíng)養(yǎng)損對(duì)食物資源充分利用，同時(shí)也減少加工中營(yíng)養(yǎng)損失和生物

6、活性物質(zhì)活性的降低。失和生物活性物質(zhì)活性的降低。(2)屬于生鮮食品的水果、蔬菜、種子等在貯藏流通中，屬于生鮮食品的水果、蔬菜、種子等在貯藏流通中，電磁場(chǎng)可對(duì)其生理活動(dòng)進(jìn)行有效的控制。電磁場(chǎng)可對(duì)其生理活動(dòng)進(jìn)行有效的控制。 (3) 電能具有方便、衛(wèi)生、易控制等特點(diǎn)，所以在加電能具有方便、衛(wèi)生、易控制等特點(diǎn)，所以在加熱、殺菌、干燥等耗能較高領(lǐng)域，食品的電物理加熱、殺菌、干燥等耗能較高領(lǐng)域，食品的電物理加工將逐步取代利用其他能源的技術(shù)。工將逐步取代利用其他能源的技術(shù)。4)電物理特性的檢測(cè)，對(duì)食品加工自動(dòng)化、品質(zhì)控制電物理特性的檢測(cè)，對(duì)食品加工自動(dòng)化、品質(zhì)控制精確化提供了重要手段。精確化提供了重要手段。

7、二、電物性與食品加工二、電物性與食品加工對(duì)食品電物理加工主要可以分為：對(duì)食品電物理加工主要可以分為：n電磁波的加工電磁波的加工n靜電場(chǎng)的加工靜電場(chǎng)的加工1.清洗凈化清洗凈化 2.分離分離 3.改質(zhì)改質(zhì)n利用直流電的加工利用直流電的加工1.電滲透電滲透 2.電滲析電滲析3.電泳電泳 4.電浮選電浮選第二節(jié)第二節(jié) 食品加工中電物性的應(yīng)用食品加工中電物性的應(yīng)用n靜電場(chǎng)處理靜電場(chǎng)處理n通電加熱技術(shù)通電加熱技術(shù)n微波加熱微波加熱n遠(yuǎn)紅外線加熱遠(yuǎn)紅外線加熱一、一、 靜電場(chǎng)處理靜電場(chǎng)處理1. 氣體離子化氣體離子化被激電離法被激電離法 是利用電極間的電離劑是利用電極間的電離劑(X射線、短波輻射、射線、短波輻射

8、、紫外線輻射和高溫等紫外線輻射和高溫等)進(jìn)行離子化的方法。進(jìn)行離子化的方法。 自激電離法自激電離法 是使電路內(nèi)電壓達(dá)一定值，在靜電場(chǎng)中使荷是使電路內(nèi)電壓達(dá)一定值，在靜電場(chǎng)中使荷電粒子加速并與中性氣體分子碰撞而產(chǎn)生電離的離子化過(guò)電粒子加速并與中性氣體分子碰撞而產(chǎn)生電離的離子化過(guò)程。程。 氣體離子化后，在電場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)并向物質(zhì)的微粒氣體離子化后，在電場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)并向物質(zhì)的微粒(塵埃、塵埃、熏煙等熏煙等)傳遞電荷，粒子帶電后，受電場(chǎng)作用從一極向另傳遞電荷，粒子帶電后，受電場(chǎng)作用從一極向另一極進(jìn)行定向移動(dòng)，達(dá)到分離和加工的目的。一極進(jìn)行定向移動(dòng)，達(dá)到分離和加工的目的。2. 靜電分離原理靜電分離原理 由于散粒體

9、由于散粒體(包括塵埃包括塵埃)各自成分、幾何形狀不各自成分、幾何形狀不同，因此在一定場(chǎng)合下，荷電性質(zhì)不同。同，因此在一定場(chǎng)合下，荷電性質(zhì)不同。 使荷電粒子在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，由于各自電荷的使荷電粒子在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，由于各自電荷的不同，受電場(chǎng)作用，運(yùn)動(dòng)的軌跡也不同。據(jù)此，就不同，受電場(chǎng)作用，運(yùn)動(dòng)的軌跡也不同。據(jù)此，就可以將各種成分分離。可以將各種成分分離。3. 靜電分離裝置靜電分離裝置 靜電分離裝置有多種形式，按結(jié)構(gòu)劃分，靜電分離裝置有多種形式，按結(jié)構(gòu)劃分，分為室型、轉(zhuǎn)鼓型、傳送帶型和錐桶型。分為室型、轉(zhuǎn)鼓型、傳送帶型和錐桶型。 4. 靜電熏制靜電熏制電熏制加工的特點(diǎn)是高效率。電熏制加工的特點(diǎn)是高效

10、率。 5. 靜電成型及撒粉裝置靜電成型及撒粉裝置二、通電加熱二、通電加熱1.基本原理基本原理 通電加熱亦稱通電加熱亦稱“歐姆加熱歐姆加熱”(ohmic heating)或電抗或電抗加熱加熱(resistance heating)。 當(dāng)電流通過(guò)物體時(shí)，由于阻抗損失、介電損耗當(dāng)電流通過(guò)物體時(shí)，由于阻抗損失、介電損耗等存在，最終使電能轉(zhuǎn)化為熱能。通電加熱便是利等存在，最終使電能轉(zhuǎn)化為熱能。通電加熱便是利用這種方法使食品加熱的。用這種方法使食品加熱的。 2.通電加熱的應(yīng)用通電加熱的應(yīng)用 通電加熱主要在以下幾個(gè)方面表現(xiàn)了很大的優(yōu)點(diǎn)通電加熱主要在以下幾個(gè)方面表現(xiàn)了很大的優(yōu)點(diǎn):加熱均勻，克服了其他加熱方式的

11、外表升溫快、內(nèi)加熱均勻，克服了其他加熱方式的外表升溫快、內(nèi)部慢的缺點(diǎn)部慢的缺點(diǎn);加熱過(guò)程中不需要攪拌或混合加熱過(guò)程中不需要攪拌或混合;由于加熱能量只在被加熱物料處發(fā)熱，因此，熱損由于加熱能量只在被加熱物料處發(fā)熱，因此，熱損失少，節(jié)約能源失少，節(jié)約能源;較大形狀的物料可實(shí)現(xiàn)快速、均勻加熱較大形狀的物料可實(shí)現(xiàn)快速、均勻加熱;設(shè)備體積小、無(wú)污染設(shè)備體積小、無(wú)污染;通電加熱還有特殊的殺菌效果。通電加熱還有特殊的殺菌效果。流態(tài)食品進(jìn)行加工流態(tài)食品進(jìn)行加工 食品微波加工技術(shù)的原理主要是利用它的食品微波加工技術(shù)的原理主要是利用它的熱效應(yīng)熱效應(yīng)。食品。食品中的水分、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等都屬于電介質(zhì)，微中

12、的水分、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等都屬于電介質(zhì)，微波對(duì)它們的加熱稱作介電感應(yīng)加熱。波對(duì)它們的加熱稱作介電感應(yīng)加熱。 由于水分子的特殊結(jié)構(gòu)，在微波作用下，是引起食品材由于水分子的特殊結(jié)構(gòu)，在微波作用下，是引起食品材料發(fā)熱的主要成分。料發(fā)熱的主要成分。三、微波加熱三、微波加熱1.1.微波加熱的基本原理微波加熱的基本原理+ H2O偶極距偶極距微波多指頻微波多指頻率為率為300300000MHz的電磁波的電磁波微波加熱的原理微波加熱的原理電介質(zhì)微波微波 常用微波爐的頻率常用微波爐的頻率2450MHz，就相當(dāng)于使水分子在一秒內(nèi)要，就相當(dāng)于使水分子在一秒內(nèi)要發(fā)生發(fā)生180度來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)度來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)24.5億次，

13、這樣就會(huì)引起水分子之間強(qiáng)烈地摩億次，這樣就會(huì)引起水分子之間強(qiáng)烈地摩擦，使分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，這就是微波加熱的原理。擦，使分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，這就是微波加熱的原理。2.微波加熱特點(diǎn)微波加熱特點(diǎn)(1)微波吸收的特點(diǎn)和加熱的選擇性微波吸收的特點(diǎn)和加熱的選擇性 水或其他食品物質(zhì)在微波域的介電損耗介質(zhì)損水或其他食品物質(zhì)在微波域的介電損耗介質(zhì)損耗因數(shù)最大，也就是說(shuō)對(duì)微波能的吸收最大。耗因數(shù)最大，也就是說(shuō)對(duì)微波能的吸收最大。 (2)微波的反射和穿透特性微波的反射和穿透特性:n微波因波長(zhǎng)很小，當(dāng)遇到不吸收微波的物體如微波因波長(zhǎng)很小，當(dāng)遇到不吸收微波的物體如金屬時(shí)，就會(huì)像光線一樣被反射回來(lái)。金屬時(shí)，就會(huì)像光線一樣被反射

14、回來(lái)。n由于微波的反射特性，用微波加熱食品時(shí)就不由于微波的反射特性，用微波加熱食品時(shí)就不需要電極，只要像反光鏡那樣把微波射向食品需要電極，只要像反光鏡那樣把微波射向食品就可進(jìn)行加熱。就可進(jìn)行加熱。n對(duì)吸收微波的食品，除部分反射外，微波則會(huì)對(duì)吸收微波的食品，除部分反射外，微波則會(huì)穿透食品表面，把能量直接傳到食品內(nèi)部。穿透食品表面，把能量直接傳到食品內(nèi)部。 n微波的穿透性給微波加熱也帶來(lái)許多優(yōu)點(diǎn)微波的穿透性給微波加熱也帶來(lái)許多優(yōu)點(diǎn):由于它對(duì)不吸收微波的玻璃、塑料等電介由于它對(duì)不吸收微波的玻璃、塑料等電介質(zhì)穿透性極好，可使能量直接到達(dá)食品內(nèi)質(zhì)穿透性極好，可使能量直接到達(dá)食品內(nèi)部一定深度。部一定深度。

15、微波可把能量直接傳給食品內(nèi)部，尤其是微波可把能量直接傳給食品內(nèi)部，尤其是食品內(nèi)部的水。食品內(nèi)部的水。3. 微波加熱的問(wèn)題微波加熱的問(wèn)題 微波加熱的最大問(wèn)題就是加熱不均微波加熱的最大問(wèn)題就是加熱不均勻。勻。原因：原因：微波加熱的微波加熱的選擇性選擇性。微波雖有好的穿透性，但在實(shí)際加微波雖有好的穿透性，但在實(shí)際加熱中受反射、穿透、折射吸收等影熱中受反射、穿透、折射吸收等影響，使各部產(chǎn)生的熱量不同響，使各部產(chǎn)生的熱量不同;電場(chǎng)的電場(chǎng)的尖角集中效應(yīng)尖角集中效應(yīng)。這種效應(yīng)也。這種效應(yīng)也稱為棱角效應(yīng)稱為棱角效應(yīng)(edge effect)。微波。微波場(chǎng)也是電場(chǎng)，因此在加熱時(shí)，對(duì)食場(chǎng)也是電場(chǎng)，因此在加熱時(shí)，對(duì)

16、食品不同曲率的表面，也會(huì)產(chǎn)生棱角品不同曲率的表面，也會(huì)產(chǎn)生棱角效應(yīng)。即在棱角的地方電場(chǎng)強(qiáng)度大，效應(yīng)。即在棱角的地方電場(chǎng)強(qiáng)度大，產(chǎn)熱多、溫升快。產(chǎn)熱多、溫升快。 遠(yuǎn)紅外線和微波一樣都屬于非電離輻射電磁波。遠(yuǎn)紅外線和微波一樣都屬于非電離輻射電磁波。n紅外線紅外線 波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為0.781000m之間的電磁波。之間的電磁波。n遠(yuǎn)紅外線遠(yuǎn)紅外線 在實(shí)際應(yīng)用中，常使用的波長(zhǎng)范圍為在實(shí)際應(yīng)用中，常使用的波長(zhǎng)范圍為225m的電磁波。的電磁波。 1.遠(yuǎn)紅外線加熱的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)紅外線加熱的優(yōu)點(diǎn)(1)食品不必接觸熱源或傳熱介質(zhì)就可以直接得到加食品不必接觸熱源或傳熱介質(zhì)就可以直接得到加熱熱;（2）在食品周圍保持低溫狀態(tài)下，可對(duì)食品進(jìn)行）在食品周圍保持低溫狀態(tài)下，可對(duì)食品進(jìn)行加熱；加熱；(3)加熱可以不受食品周圍氣流影響；加熱可以不受食品周圍氣流影響；(4)加熱速度快、效率高；加熱速度快、效率高；(5)在熱輻射電磁波中，遠(yuǎn)紅外的光子能量級(jí)比起紫在熱輻射電磁