物料和電學特性課件

1、第六章 食品的電學特性及應(yīng)用 1 定義 對食品電學性質(zhì)的研究，雖然起步較晚，但隨著食品工業(yè)的發(fā)展，近年越來越受到重視。食品電學性質(zhì)主要是指：食品及其原料的導(dǎo)電特性、介電特性，以及其它電磁和物理特性。第一節(jié) 基本概念2 電學性質(zhì)的研究領(lǐng)域主要有兩個方面： 2.1 食品品質(zhì)狀態(tài)的監(jiān)控 食品的狀態(tài)、成分變化往往反映在其電學性質(zhì)的變化上。用電測傳感器的方法把握食品的特性，成了一些食品工廠邁向自動化、效率化、規(guī)模化生產(chǎn)的重要手段。所謂“機電一體化”技術(shù)，其中許多測控部分都是利用了食品的電性學性質(zhì)。尤其是在食品的非破壞檢測方面，電學性質(zhì)尤為重要。2.2.電磁物理加工 用電磁物理技術(shù)對食品進行加工處理，這方

2、面的技術(shù)主要有：靜電電場處理技術(shù)、電磁波加工（遠紅外、微波、重疊波等）技術(shù)、通電加熱技術(shù)、電滲透脫水技術(shù)、電磁場處理技術(shù)等。3電學特性分類從廣義上說，物料的電學特性可分為二類。 一類是主動電特性:在物料內(nèi)部存在某種能量而產(chǎn)生電位差，例如生物物料中的生物電位差； 另一類是被動電特性,指影響物料所在空間的電磁場及電流分布的一些特性，例如電阻、電導(dǎo)、介電特性等。 本章主要討論后一類電學特性。4食品電學特性研究的意義(1)食品加工中對食物資源充分利用的要求越來越高，同時也要求減少加工中營養(yǎng)損失和生物活性物質(zhì)活性的降低。而傳統(tǒng)的加工方法要達到以上要求，十分困難。要達到這一目的，只有發(fā)現(xiàn)全新的加工原理和開

3、發(fā)新的技術(shù)。電物理加工方法正是在這種形勢下出現(xiàn)的一種最有前途的加工新技術(shù)。(2)構(gòu)成食品的分子或粒子，大都具有某種荷電的性質(zhì)。因此，使用電場或電磁場有可能對構(gòu)成食品的最小單位進行最富效果的加工處理。(3)屬于生鮮食品的水果、蔬菜、種子等在貯藏流通中，電磁場對其生理活動進行有效的控制往往是保鮮的主要手段。這種生理作用己經(jīng)被證實具有巨大潛力。(4)由于化石燃料能源的不可再生性，從長遠觀點看，電力將越來越在食品工業(yè)的能耗中占有更大的比例。加之電能有方便、衛(wèi)生、易控制等特點，所以在加熱、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)。(5)電物理特性的檢測，對食品加工自動化、品

4、質(zhì)控制精確化提供了重要手段。5食品電學特性的應(yīng)用概況6食品電學特性加工的課題 (1)食品的電特性與其組織結(jié)構(gòu)、力學性質(zhì)、熱學性質(zhì)等的相互關(guān)聯(lián)和影響;(2)作為濃縮能源的電力，在食品工程傳熱傳質(zhì)操作中的合理應(yīng)用方法;(3)以電力為基礎(chǔ)的食品加工裝置計算和設(shè)計理論的建立;(4)利用電學性質(zhì)對食品品質(zhì)的檢測和評價;(5)通過傳統(tǒng)加工方法與電力加工方法的合理組合，使電力加工從經(jīng)濟性、安全性和效率上滿足實際生產(chǎn)的需要。 第二節(jié)食品電學特性 1、什么是電介質(zhì)：一切絕緣體統(tǒng)稱為電介質(zhì)；或者是在外電場的作用下內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并且反過來影響外電場的物質(zhì)。 2、為什么要討論電介質(zhì)：電介質(zhì)放入外場后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)受外

5、電場的作用而發(fā)生變化，并且反過來影響外電場，使原來的電場分布發(fā)生變化，同時也使其它的物理性能發(fā)生變化。我們有必要對變化后的物理量進行討論。 一、電導(dǎo)特性(一)電阻和電阻率歐姆定律指出，導(dǎo)體內(nèi)的電流強度與其兩端的電位差成正比. V=IR 導(dǎo)體的電阻。電阻及可由下式確定 電阻率是表征導(dǎo)體性質(zhì)的一個物理量，與導(dǎo)體尺寸無關(guān)的量。(二) 電導(dǎo)和電導(dǎo)率 電導(dǎo)是描述物體傳導(dǎo)電流 性能的物理量。物體的電導(dǎo)是指該物體所通過電流與該物體所加電壓的比值。對于直流電路而言，這個數(shù)值就是電阻的倒數(shù)，單位為S。電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)，記為S/m電導(dǎo)和電導(dǎo)率的差別在于電導(dǎo)除了與物質(zhì)性能有關(guān)外，還與該物體的大小、形狀與導(dǎo)電時的

6、端點位置有關(guān)；而電導(dǎo)率則僅與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。 在交流電場中電導(dǎo)率與介電常數(shù)有如下關(guān)系,介電常數(shù)是描述物料電特性的一個重要參數(shù). 常用電阻來衡量電子型導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 用電導(dǎo)來衡量離子型導(dǎo)體的導(dǎo)電能力(三) 食品的電導(dǎo)特性及應(yīng)用二、介電特性(一) 電介質(zhì)的極化和介電常數(shù) 物體導(dǎo)體非導(dǎo)體(電介質(zhì))電子導(dǎo)體離子導(dǎo)體電介質(zhì)其分子中的電子受到很大束縛力，致使電子不能自由移動,電介質(zhì)在一般情況下是不導(dǎo)電的。如果將電介質(zhì)置于外加電場中，則電介質(zhì)將被極化。這時有極分子由雜亂的排列變?yōu)槎ㄏ蚺帕校纬啥ㄏ驑O化，產(chǎn)生了束縛電荷無極分子由于原子核偏離而極化，在電介質(zhì)表面上出現(xiàn)正、負電荷。 無極分子當處在外電場中時，在場

7、力作用下，本來處于重合中心的電子負)電荷“重心”發(fā)生了偏離，形成了一個電偶極子(dipole)。分子電偶極矩的方向沿外電場方向。在外電場下產(chǎn)生的電偶極矩可稱為感生電矩。對于一塊電介質(zhì)整體，由于介質(zhì)中每一分子形成了電偶極子，沿電場排列。那么在介質(zhì)的與外電場垂直的端面，也會形成極化電荷。這種極化就是電子位移極化。高頻電場中，只有電子位移極化有效，所以它也稱為光學極化。(1) 電子位移極化 構(gòu)成分子的各原子或原子團在外電場作用下發(fā)生了偏移，而產(chǎn)生極化的現(xiàn)象。各原子的偏移，是在像彈性振動那樣的振動下進行的。原子極化也稱為紅外極化。 (2)原子極化 對于由兩個以上原子結(jié)合的偶極子分子，即使沒有電場作用也

8、有一定固有電矩，因而是有極分子。水分子便是典型的偶極子分子，食品中含量較多的有極分子，雖然它們具有固有電矩，但由于分子不規(guī)則的熱運動，在無電場施加的電介質(zhì)中，所有分子固有電矩矢量和會相互抵消，宏觀上不產(chǎn)生電場。但處于電場中時，分子電矩就會轉(zhuǎn)向外電場方向。雖然分子熱運動會使這種轉(zhuǎn)向不很完全，但總體排列也會使介質(zhì)在垂直于電場方向的兩端面產(chǎn)生極化電荷。這樣的極化稱作取向極化，也稱為偶極子極化。(3)取向極化 電介質(zhì)的極化會產(chǎn)生相反電場，因而使電場中兩電荷間的作用力減小。并使充滿電介質(zhì)的電容器極板間的電位差減小，電容量增大。當平行板電容器兩極板之間為真空時其電容的大小為：式中s極板的面積，d是兩極板內(nèi)

9、側(cè)面之間的距離。加入電介質(zhì)后，電容器的電容比真空時增大倍。電介質(zhì)的相對介電常數(shù)相對介電常數(shù):在同一電容器中用某一物質(zhì)作為電介質(zhì)時的電容與其中為真空時電容的比值稱為該物質(zhì)的。是表示物料可能貯存的電場能量它反映該物料提高電容器電容量的能力。在正弦交流電流作用下，電阻兩端的電壓與電流是同頻率的正弦量，而且相位相同。在純電容電路中，相位上電流比電壓超前電介質(zhì)可用理想電容和電阻組成的并聯(lián)電路表示并聯(lián)電路兩端施加交流電壓V，那么，電流將分別流過電阻和電容器。流過電阻的電流IR以與所施加電壓V相同的相位流過，消耗稱為熱能。另一方面，流過電容器的電流Ic則以與所施加電壓V成90的相位流過，其以電能形式貯存起來

10、。所以，流過的全部電流I是IR和Ic的矢量和，即I=IRIc。被稱為相位角，Cos 被稱為功率因數(shù)，被稱為損耗角，tan被稱為損耗正切，tanIR/Ic,它表示所消耗的能量與所蓄積的能量之比。 介質(zhì)損耗角:簡稱介損角 在交變電場作用下，電介質(zhì)內(nèi)流過的電流相量和電壓相量之間的夾角的余角()。稱作介質(zhì)損耗角的正切介電特性主要有三項,相對介電常數(shù) ,相對介質(zhì)損耗因數(shù) ,介質(zhì)損耗角的正切關(guān)系為: 相對介電常數(shù) 表示食品可能貯存的電場能量,反映食品提高電容器電容量的能力. 相對介質(zhì)損耗因數(shù) 反映電介質(zhì)在交流電場中可能損耗的能量，其值愈大表明物料在電磁波處理時加熱愈快。介質(zhì)損耗定義 電介質(zhì)在電場作用下，由

11、于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗。也叫介質(zhì)損失，簡稱介損。每立方厘米體積吸收的能量為可知，在場強不變的情況下，吸收能量是和頻率成正比的。因此，在電介質(zhì)加熱應(yīng)用中一般是在高頻下進行的。(三) 靜電特性 庫侖定律:相距為r的兩個點電荷q1和q2之間的相互作用力為電場強度：電場中任一點的電場強度，在數(shù)值和方向上等于單位正電荷在該點時所受的力。電場強度是一矢量，單位是牛頓庫侖 看出，點電荷在電場中所受的力可表示為： 將需要進行分離的物料作為電介質(zhì)置于平板之間. 任一平板上的電荷量q都是該電容器電容C與平板間電位差V的乘積，即式中為每個板的面積，為板間距離。(三)食品物質(zhì)的介電特性

12、試驗表明，食品或食品原料的介電特性是受電場頻率、物料含水率、溫度及密度的影響 由圖可見，小麥在任何頻率下介電常數(shù)隨含水量的增加而增大，這是由于水的介電常數(shù)相當大的原因。損耗角正切則隨含水率增加而增加或減小。這與物料品種和頻率的大小有關(guān)。通常介電特性是隨著含水率的變化而變化，在低頻下要比高頻下明顯。 介電常數(shù)隨頻率增加而減小，損耗角正切則隨頻率增加而可能增加或減小，這要根據(jù)不同作物或含水率而定。損耗因數(shù)是損耗角正切和介電常數(shù)的乘積，隨頻率作相應(yīng)的變化。研究表明，小麥的介電常數(shù)和損耗因數(shù)與溫度呈線性關(guān)系。圖表示在給定含水率時，介電常數(shù)隨溫度升高而增大。試驗研究還表明，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)還隨物料

13、容積密度而變化。(三) 生 物 電 生物體的組織和細胞所進行的生命活動都伴隨電現(xiàn)象。它反映了生命活動中的一些物理化學變化，與生物體的新陳代謝有關(guān)。一旦生命停止，生物電也即消失。植物損傷電位差是一種基本的生物電現(xiàn)象，植物損傷后與其完整部位之間存在電位差，其數(shù)值大小隨損傷組織的情況而變化。損傷電位一般都隨著組織損傷時間的延長而逐漸降低，這表明損傷電位是活組織的一種生物學特性，反映活組織漿膜的一種固有的電學性質(zhì)。損傷電位的大小隨損傷點的距離增大而減小。當植物體受機械的、化學的或熱的刺激時，均會產(chǎn)生電位差。受刺激部位一般是負電位，電反應(yīng)的幅度決定于刺激強度。圖為植物組織受彎曲后的電反應(yīng)。植物在光合作用

14、過程中也有電位差。在植物的光照部位和黑暗部位之間，或樹葉上葉綠素含量不同部位之間都存在電位差，電位差數(shù)值取決于光照強度的差別。 實驗表明，蘋果的帶電分布情況為：果芯部帶負電，果肉部帶正電，果柄處帶負電，原來花尖處帶正電。正電來源于大氣，負電來源于大地。果皮為絕緣體，它能阻止電能損失。種子發(fā)芽期間，在胚芽部和其他部位間存在電位差。這種發(fā)芽電流是檢測發(fā)芽勢的重要標志。發(fā)芽后的子葉帶正電，根部帶負電。細胞分裂越活躍和生長超旺盛的部位，電位越高。針刺雞蛋的兩點，若兩點間存在電位差，則說明是受精卵，可以孵化。電位差為1520mV的是雄性，電位差為37mV的是雌性。(四)電磁輻射、射線及中子射線、原子射線

15、、電子射線、紫外線等都屬于射線類，當這些射線穿過食品或農(nóng)產(chǎn)品時，會對分子起到離子化作用，這種現(xiàn)象叫做電離輻射。1. 電離輻射機理在農(nóng)產(chǎn)品和一些食品的生物細胞組織中，維持其生命現(xiàn)象的各種生物活性物質(zhì)，都是以溶解狀態(tài)存在的。當細胞受到輻射線的照射時，生物活性物質(zhì)遭到鈍化而失去活性，進而由于生理代謝作用的嚴重損傷，細胞的活性機能遭到破壞。其中繁殖機能對射線最敏感，損傷最大。對于各種微生物，先是停止繁殖，繼而抵擋不住輻射線的照射作用而死亡。農(nóng)產(chǎn)品活體是含水物質(zhì)，其水分經(jīng)輻射處理后產(chǎn)生一系列復(fù)雜的電化學反應(yīng)。電離輻射對生物作用的全過程，可以簡化如下:2. 電離輻射對農(nóng)產(chǎn)品和食品的影響 (1)生物學效應(yīng):

16、生物學效應(yīng)有殺菌、殺蟲作用，使果樹生長發(fā)育異?；?，抑制馬鈴薯、洋蔥、大蒜、地瓜等生根發(fā)芽，防止蘑菇開傘，延緩香蕉、番茄后熟，促進桃子、柿子成熟等 (2)化學效應(yīng):化學效應(yīng)有增加干制食品的復(fù)水性能，提高小麥面粉加工面包的性能，改進酒的品質(zhì)，促使蛋白質(zhì)、淀粉等的變性，提高發(fā)酵飼料中各種酶類的分解能力等。第三節(jié)食品中電特性測定食品電特性包括介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和介質(zhì)損耗角正切等。1諧振法 測定電導(dǎo)率、損耗角正切和相對介電常數(shù)諧振法可用Q表來測定。Q表是一個由可調(diào)頻率的振蕩器激勵一個RLC電路，由電源、諧振元件和電壓表等三個主要元件組成。2電橋法 在低頻下測量物料介電系數(shù)和介質(zhì)損耗正切原理是把被測試

17、樣作為一個橋臂，其它三個橋臂的阻抗是已知的，調(diào)節(jié)電橋達到平衡。根據(jù)平衡條件求出試樣的并聯(lián)等值電容和電阻，而計算出試樣相對介電常數(shù)和損耗角正切。相對介電常數(shù),C0為介質(zhì)真空時的電容,只與電極系統(tǒng)有關(guān)的一個常數(shù).第三節(jié) 電學特性在食品工程中的研究及應(yīng)用一 歐姆加熱歐姆加熱的原理是把物料作為電路中一段導(dǎo)體,利用導(dǎo)電時它本身所產(chǎn)生的熱達到加熱的目的。大多數(shù)食品含有可電離的酸和鹽,當在食品物料的兩端施加電場時,食品物料中通過電流并使其內(nèi)部產(chǎn)生熱量。 對于極低水分、干燥狀態(tài)的食品,這種方法也不適用。具有一定粘稠度、含顆粒食品物料 P=V2/R食品、食品原料中含有各種電解質(zhì)，其電阻很小，所以發(fā)熱量大。利用直

18、流電會引起食品成分的電解變質(zhì)，會使電極很快發(fā)生電解腐蝕，食品被金屬離子污染。食品各部分的加熱速度為 式中，密度； cp各部分物料比熱容； R電阻。所以通電加熱在食品加工中一般采用交流電，其發(fā)熱量為:食品物料經(jīng)進泵流經(jīng)歐姆加熱管柱，物料逐漸被加熱到殺菌溫度，然后進人保溫系統(tǒng)，達到要求的殺菌強度，再經(jīng)列管式熱交換冷卻器，最終進入無菌貯罐，以便進行無菌灌裝。二 高壓脈沖電場殺菌具有殺菌時間短、能量使用率高、基本上不破壞食品風味物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)等特點，能避免食品加熱處理帶來的不良影響。利用高壓脈沖電場殺滅液體食品中的有害微生物，是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù)。 Sale 和 Hamilton(1967)發(fā)

19、現(xiàn)，當給細胞膜加上外加電場，細胞膜上的內(nèi)外電勢差（TMP）增大，當TMP達到1V左右時，細胞膜便失去功能。 Zimmermann(1986)提出介電破壞理論，根據(jù)該理論，細胞膜被看作為電容，在高壓電脈沖作用下，膜兩側(cè)電位差進一步變大，由于電荷相反，它們相互吸引形成擠壓力，當TMP達到1V左右時，擠壓力大于膜的恢復(fù)力時，膜就會破裂。 Tsong(1991)從液態(tài)鑲嵌模型出發(fā)，提出電穿孔理論，該理論認為，高壓電脈沖會改變脂肪的分子結(jié)構(gòu)和增大部分蛋白質(zhì)通道的開度，使細胞膜失去半滲透性質(zhì)，細胞膨脹而死。1 殺菌機理 對模擬牛奶中的大腸埃希氏桿菌進行高壓脈沖電場處理，在透射電子顯微鏡下可清楚地看見其形態(tài)

20、改變且有明顯壓痕。在同樣條件下分別對金黃色葡萄球菌和啤酒酵母處理，在掃描電鏡下可觀察到細胞壁收縮，變得粗糙，在透射電子顯微鏡下可觀察到金黃色葡萄球菌的細胞質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，啤酒酵母的細胞質(zhì)、細胞器外溢。2 殺菌效果 高壓脈沖電場對微生物作用明顯，而且酵母比細菌更易被殺死，革蘭氏陰性細菌比革蘭氏陽性細菌更易殺死。影響殺菌效果的主要因素是電場強度和處理時間。對于細菌孢子，即使更高的指數(shù)形和方波高壓脈沖電場，也對孢子無效果，只對發(fā)芽的孢子有失活現(xiàn)象，但高壓電場不促進孢子發(fā)芽；而雙極形高壓脈沖電場對細菌孢子有明顯的作用。3 影響微生物高壓脈沖電場敏感性因素 食品的電阻率越大，也就是食品中離子強度越小

21、，殺菌效果越好。但是，離子能增大細胞的穿透膜電勢。隨著食品中蛋白質(zhì)、或脂肪、或黃原膠含量的增加，微生物對高壓脈沖電場的抵抗力增強。含菌溶液溫度高時的殺菌效果比低時好。pH值越小，微生物失活率越大。能量相同、電壓或波形不同的高壓脈沖電場，殺菌效果不同。能量及電壓相同的方波形脈沖電場比指數(shù)形高壓脈沖電場殺菌效果好。指數(shù)形雙極性高壓脈沖電場比指數(shù)形單極性高壓脈沖電場殺菌效果好。另外微生物的生長期、溶液的含菌量、食品處理室的結(jié)構(gòu)等也與殺菌效果有關(guān)。高壓脈沖電場對粉狀物料的殺菌效果不顯著。4 高壓脈沖電場對酶的影響5 高壓脈沖電場對食品質(zhì)量的影響 用高壓脈沖電場和熱分別對蘋果汁、牛奶（含2%脂肪）、全蛋

22、液、碗豆汁殺菌，兩種方法加工的食品的感官特性沒有明顯差別，只是電處理過的蛋液的顏色和粘度有變化。高壓脈沖電場對未過濾的蘋果汁、果漿含量高的桔汁、菠羅汁、天冬甜素溶液的感官特性也沒有影響，桔汁中維生素C的含量也沒有改變，處理過的蘋果汁比新鮮的蘋果榨汁味道更好。高壓脈沖電場加工的桔汁中易揮發(fā)物質(zhì)損失為13，萜二烯和丁酸乙酯的損失分別為15和26，而熱殺菌的桔汁中萜二烯和丁酸乙酯的損失分別為60和82。高壓脈沖電場加工的桔汁中氣味物質(zhì)的損失率為3%，而熱殺菌的損失率為22%，且3%的損失是由于處理室設(shè)計不當造成。食品處理室檢測儀表脈沖電源冷卻系統(tǒng)容器泵高壓脈沖電場殺菌系統(tǒng)示意圖三 微波加熱微波是一種

23、具有極高頻率(300 MHz-300GHz ),的電磁波。1 原理食品中的水分、蛋白質(zhì)、脂肪、糖質(zhì)等，都屬于電介質(zhì)。在電磁場中它們都會發(fā)生極化反應(yīng)。水分子是極性分子，正負電荷重心并不重合，相當于偶極子。在自由狀態(tài)下，這些分子極性呈雜亂排列，正負極抵消，總體不顯電性。在交變電場中時，水分子就會跟隨電場作極化運動，極化運動使水分子不斷隨電磁場方向的變化而轉(zhuǎn)動。當電場頻率增加，就會使水分子極化運動快，產(chǎn)生更多的摩擦熱。 （1）微波加熱具有選擇性偶極矩的取向極化都需要一定的時間。每種極性分子，都有一定的吸收微波最大特征頻率當電磁波的頻率超過或小于 偶極子的特征頻率(或稱固有頻率)時，偶極子運動的頻率會

24、減慢，也就是說對微波的吸收效率減低。2 微波加熱特點（2）微波的反射和穿透特性 一般當波動遇到障礙物時，就會發(fā)生衍射。波長比障礙物尺寸越大，衍射越明顯。當波長比障礙物尺寸小很多時，衍射效應(yīng)可以忽略。這時波的傳播服從幾何光學規(guī)律。 微波因波長很小，所以和幾何光線很接近。當遇到不吸收微波的物體如金屬時，就會像光線一樣被反射回來。利用這一性質(zhì)可對微波的傳輸進行導(dǎo)波，或?qū)Σ恍枰訜岬氖称凡糠钟媒饘龠M行屏蔽。 由于微波的反射特性，用微波加熱食品時就不需要電極，只要像反光鏡那樣把微波射向食品就可進行加熱。 對吸收微波的食品，除部分反射外，微波則會穿透食品表面，把能量直接傳到食品內(nèi)部。微波的穿透深度D(m)

25、可用下式表示: 式中，波長。不過工業(yè)上常用半衰深度Dh(m)表示微波的穿透能力。Dh即入射電場強度衰減至一半時的深度。半衰深度為穿透深度的0.35倍，可用下式算出:式中，Dh半衰深度； f微波頻率?？梢姲胨ド疃纫彩莟an的函數(shù)，與微波頻率有關(guān)。（3） 微波加熱的問題微波加熱的最大問題就是加熱不均勻。其原因主要有以下幾點;微波加熱的選擇性。在微波場中不同的食品材料，以及它們的溫度、狀態(tài)不同，都會引起各部分對微波能吸收的差異;微波雖有好的穿透性，但在實際加熱中受反射、穿透、折射吸收等影響，使各部產(chǎn)生的熱量不同;電場的尖角集中效應(yīng)。這種效應(yīng)也稱為棱角效應(yīng)(edge effect)。微波場也是電場，因

26、此在加熱時，對食品不同曲率的表面，也會產(chǎn)生棱角效應(yīng)。即在棱角的地方電場強度大，產(chǎn)熱多、溫升快。由于這些原因，微波加熱時，食品往往會出現(xiàn)一些溫度上升特別快的熱點(hot spot) 。對容器中食品進行適當分割、使熱點分散，減少食品的棱角，改善微波照射分布等是解決這一問題的方法。 四 遠紅外線加熱 遠紅外線和微波一樣都屬于非電離輻射電磁波，把波長為0.781000m之間的電磁波稱為紅外線。紅外線電磁波波長范圍相當寬。因此，又進一步把這部分電磁波劃分為近紅外線(0.781.4m)、中間紅外線(1.43m)和遠紅外線(3lmm)。在實際應(yīng)用中，常使用的波長范圍為225m，因此，也有人稱這一段電磁波為遠

27、紅外線。遠紅外線加熱之所以在食品加工中得到很廣泛的應(yīng)用，主要是因為與熱風干燥或熱風加熱相比，遠紅外輻射的能量可以直接被食品物料吸收，減少了能量損失。1. 遠紅外輻射由物理學可知，熱源物體的熱輻射效率與物體的材質(zhì)有關(guān)。熱輻射效率最大的理想物體稱為黑體。黑體的分光輻射能量表達式為， 式中，C13740210-12Wcm2；C2143848cmK；波長(m)；T熱力學溫度(K)。 隨黑體溫度的上升，各波長的能量都有所增加，但分布曲線的峰值卻偏向短波方向。能量密度最大的波長max與溫度的反比例關(guān)系可用變位定律表示: 2.食品對遠紅外線的吸收 遠紅外輻射對食品中水和其他物質(zhì)分子的特殊振動效果，還是促進分

28、子間互相結(jié)合、交聯(lián)的動力。這對食品的熟成(陳化)有一定作用。例如，在掛面制造中，用遠紅外干燥，不僅干燥效率高，而且可以促進面筋的水合作用，使制品比普通方法的口感滑潤，更加筋進。用遠紅外處理酒，可以使酒的陳放時間大大縮短，味進更香醇3 遠紅外線在食品中輻射深度 波長越長，透過物體的深度越大。因此，比起其他光波，遠紅外輻射不僅可以直接把能量傳播到物體表面，而且還能把能量傳播到物體的一定深度。盡管這深度只有1-2mm，但對于一些薄的物料，可以顯著提高加熱效率。遠紅外被物體吸收的程度與被照射物體的顏色無關(guān)。因此，使用遠紅外輻射加熱時，可使物料不受本身顏色影響，受熱比較均勻。4. 遠紅外線輻射優(yōu)點 (1

29、)食品不必接觸熱源或傳熱介質(zhì)就可以直接得到加熱 (2)在食品周圍保持低溫狀態(tài)下，可對食品進行加熱； (3)加熱可以不受食品周圍氣流影響； (4)加熱速度快、效率高； (5)在熱輻射電磁波中，遠紅外的光子能量級比起紫外線、可見光線都要小。因此，一般只會產(chǎn)生熱效果，不會引起物質(zhì)的化學變化，所以可以減少加熱過程中營養(yǎng)成分或色香味的損失。四 電滲透脫水普通蛋白質(zhì)在中性或堿性水溶液中，也以負離子狀態(tài)存在，即:電位為負，其周圍的水分子在蛋白質(zhì)電位的感應(yīng)下以水和氫離子存在，形成所謂離子氣氛固液分離對液體的流動相當于固體顆粒間毛細管中的流動,當沿毛細管方向有靜電場時,毛細管內(nèi)液體受自身所帶電荷影響,將對管壁產(chǎn)

30、生運動 豆腐渣電滲透脫水實驗在同樣壓力條件下，采用電滲透方法的實驗，當上電極為正極，下電極為負極時，脫水速度大于普通壓濾，最終濾餅水分也比較低。當上電極為負極，下電極為正極時，幾乎沒有電滲透效果。五 高壓靜電技術(shù)1 高壓靜電貯藏高壓靜電場處理能有效地延長番茄貯藏時間，與對照組相比，在電場強度為150kv/m, 60min/日的處理中能使番茄的呼吸高峰推遲14天出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)電場處理也有效地保持了番茄的硬度(對比組已經(jīng)軟化，開始腐爛)。這表明電場處理用于保鮮貯藏有其潛在的優(yōu)勢。2 正高壓靜電場促進人參種子后熟結(jié)果表明，場強為2kV/cm，處理時間為5 - l 0min時效果正高壓靜電場明顯促進人參種

31、子后熟，提高出苗率，加快參苗生長，提高人參產(chǎn)量;負和正負間隔處理的高壓靜電場對其有抑制作用;并有隨處理場強加大，處理時間增大，處理次數(shù)增多而產(chǎn)生抑制效果更強的趨勢。3 種子靜電清選分級裝置種子靜電清選分級裝置主要由種子的提升及風選、靜電處理及分級和篩面分選三部分組成部分活力低的種子由于電阻抗小，其導(dǎo)電性能優(yōu)于活力高的種子，產(chǎn)生較大的靜電力，活力高的種子由于電阻抗大、電導(dǎo)率低，不易極化，結(jié)果產(chǎn)生的靜電力和極化力均較小，故按運動軌跡2運動還有部分劣質(zhì)種子或雜物，易被極化，受極化力大，其運動軌跡偏向滾筒，故按運動軌跡1運動，落入集種箱后部的分隔腔中。4. 靜電熏制5. 靜電成型及撒粉裝置裝置由一組料

32、斗、供料器、原料計量器(配量鹽、砂糖、發(fā)酵粉、酵母液等)和靜電噴撒器、植物油的計量及電噴撒器組成。所有的電噴撒器都與高壓電源的負極連接。首先植物油滴成為荷電粒子，在電場中飛向加熱轉(zhuǎn)簡表面，形成油層。然后，面粉和其他原料液滴形成的荷電粒子，在電極之間的空間內(nèi)交叉混合，噴向轉(zhuǎn)簡表面，形成一定厚度的帶狀料坯。轉(zhuǎn)簡不僅作為電場的正極，而且還是用電熱絲加熱的加熱體。轉(zhuǎn)簡在轉(zhuǎn)動過程中使噴撒在其上的原料成型、加熱、脹發(fā)、干燥，最后被切斷成為成品。 裝置也被用來完成在魚、肉和其他制品表面撒粉(面包屑)的加工操作。4 高壓靜電場解凍常用的解凍方法主要是通過對流、傳導(dǎo)或輻射等外部加熱法,低頻、高頻和微波等的介電感

33、應(yīng)內(nèi)部加熱法以及真空解凍等.實踐證明,普通加熱的方法深入速度慢,易引入二次污染,不利于食品本身鮮度的保持,顏色、重量或營養(yǎng)成分都遠不及凍前水平;介電感應(yīng)加熱對物料本身和操作條件有較高要求,內(nèi)部解凍易出現(xiàn)明顯不均勻和局部過熱現(xiàn)象;而建立和維護真空系統(tǒng)費用過高.輸出電壓可調(diào)(015kV), 高壓區(qū)的大小可隨接地極的左右移動而改變.溫控儀使整個解凍環(huán)境溫度控制在101,溫度傳感器置于被凍結(jié)材料的中心,隨時檢測其解凍溫度變化情況.發(fā)現(xiàn)對300mL的冰,當電場強度達到24kV/m時,可節(jié)約1/5同溫度下的自然解凍時間,豆腐和豬肉的解凍也有類似的結(jié)論.六 食品品質(zhì)無損檢測1 水果品質(zhì)無損檢測水果的宏觀電特性用復(fù)阻抗Z (或復(fù)導(dǎo)納Y ) 及復(fù)介電常數(shù)E表示。表明能利用電特性參數(shù)對內(nèi)部有缺陷的蘋果進行良好的檢測.研究發(fā)現(xiàn):在水果腐爛或有損傷時相對介電常數(shù)將會明顯上升。 蘋果未腐爛損傷但隨著新鮮度的下降,