食品加工新技术远红外线在食品工业中的应用.docx
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食品加工新技术远红外线在食品工业中的应用
第三章远红外线在食品工业中的应用
第一节远红外线加热的原理
一、物质吸收远红外线的机制和条件
1、远红外线的概念
远红外线是指波长为2.5-1000μum的电磁波。
2、吸收机制与吸收条件构成物质的基本质点是分子、原子和电子。
这些质点即使处于基态都在不停地运动着──振动和转动。
这些运动都有自己的固定频率。
当遇到具有某个频率的红外线辐射时,如果红外线的频率与基本质点的固有频率相等,则会发生与共振学中共振运动相似的情况,质点会吸收红外线,并使运动进一步激化;如果二者的频率相差较大,那么红外线就不会被吸收而可能穿过。
基本质点吸收红外线由一个能级跃迁到另一个能级,必须满足玻尔的量子条件,即:
Em-En=hvmn
式中Em──高能级能量
En──低能级能量
h──普朗克常数
vmn──红外线频率
基本质点不具备上式的能级,则不会吸收频率为vmn的红外线。
3、远红外线的加热原理
4、用远红外线加热食品的理由
5、用远红外线干燥水分的理由
二、物质对远红外线的选择吸收
1、物质不是对所有的远红外线都会产生吸收,只对其中满足hvmn=Em-En的远红外线辐射产生吸收,其频率不能满足此式的远红外辐射则会穿过。
2、物质分子的吸收能级很多,各个能级的跃迁能级不等。
因此实际的吸收不是单一的,而是复杂的,并拌有多种能级跃迁的吸收过程。
不同的物质能级不同,其吸收光谱也不同。
图3-3,3-4是几种食品物料在红外区的吸收光谱。
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图%3—些有机高分子物质和食检的吸收光谱
三、辐射与吸收的匹配
1、选择性辐射──辐射能力按不同波长而变化的特性称作选择性辐射。
2、匹配辐射加热──当物料的选择性吸收与辐射源的选择性辐射相一致时,称为匹配辐射加热。
3、匹配辐射的标志──只要辐射体的辐射能分布曲线的峰区与物料的主吸收峰区相重合,并且辐射体在该峰区具有较高的单色辐射率,就可以粗略地认为达到了良好的匹配。
四、远红外线加热的特点(P112)
1、热辐射率高;
2、热损失小;
3、容易进行操作控制;
4、加热速度快,传热效率高;
5、有一定的穿透能力;
6、产品质量好;
7、热吸收率高。
从远红外加热原理和食甜加工要求这方面来看,一般认为柱食晶加工中应用远红外加热具有以下优点:
(1)热辐射率高在食品加工的加热的溫厦范囿内,II体和近似黑体热辐射密度最大的波长正是在2.5〜2"rn远红外线的波长范围内,因比使用远红外线加热食品有着较高的热辐対率。
:
(2)馆损失小辐射加热不存在传热界面•远红外线直接辐射到被加热物体的表面,远红外线在空气中传播时的攪失很小,即传热损失小.
(3)容易进行撫作控制远红外线同其它光波一样.具有直接传播、漫反躬和鏡反射的性质.因此可以通过光的集散、遮新机构,更合理地悴制辐射热,使之在加热器中更为有效炮被利用,以提高加热质■,或少热標失,
(4)加热速度快,传热效率高在食品加工中.不仅晏使产品的色、香、味俱佳,而且整尽可能保存食品的营养成分、因此加工过程中温度的控制应非常严格。
在这样的要求下,采用一般加热方法时,热源的温度受到限册,热原与被加热食品的温菱不可能很大,从而传焦速度就慢。
为了提高一般加热方法的加热效率,就必须増大加热面稅,即要屈大热设备的尺寸和规模.但运用远红外线加热,热赢与物料不直接接融,圉此可以在保证物料不过热的情况下.摄高发热体(辐射处,也口热弹)的温度.由丁远红外加热的速度与热源表面温度和物料溟度的4次方之養成正忆.SJtt,远红外加热的速度可以比传导和对流传热快许多.这样,既可保证食品如烧鸡和烤鸭的寢面.很快形成皮膜,又可减少内部香味成分的损失,同时又可节约设备的费用.
(5)有一定的穿透能力红外线的穿透能力没有微波强•但也具有一定的穿透能力,町对物体内部直接加热的能力。
表3・3是远红外线往一些食物中的穿透探度•尽管这一深度不大.但对于-些薄的材獅,也可显著提髙加热的效率.另外.远红外被物体吸收的程度与被加热物料(食品)的濒色无关,因此采用远红外加热时,加热不受食甜的糜色的影响.食品受热比较均匀,不会喝部过热.
*3-3远虹外线衣一些食品中的・透派度(mm)
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<6)产品质量好远红外鏡的光子能量比紫外线、可见光线都要小,因此一般只会产生热效果,不会引起食物成分的化学变化.另外,远红外加热的速度快,加热时间可大大缩短•因此食物成分受热分解的可能性也小.实脸还明;一些含有叶绿素和维主素等易分解成分的果蔬,采用远红外加热下燥代替传统的干操方法后,这些成分的损失大大减少.'
(7)热吸收率高爺面已经提到,大部分的食品材料的电磁波吸收峰多集中在2.5〜20#m的远红外线渡长范围内•即大部分的食品材料对运红外线都有很高的吸收率。
这就是食品加工中普遍应用远红外线加热的原因之一.
第二节远红外加热的设备的分类
有箱式加热炉和隧道式加热炉
图3叨箱式炉外形
第三节远红外加热在食品工业中的应用
一、食品远红外干燥
用于谷物、面条、中草药的干燥。
优点:
加热速度快,吸收均匀,加热效率高,化学分解小,原料不易变性,适于热敏性物质的干燥。
实例_:
菠菜
直径Sfinxm的ST菜在70CT,经3〜10円n披快的远虹外干燥,其产品的维主索C的残存量为217m&/100e样品・是一般电赠干燥产品的2倍•应用远红外干操育基产品的透光度(透光度越高*说明叶最素含■越氐新鮮青鑑的透光度为63%)为72%.而热凤干燥的制品超过80%.即叶绿素的保存率以远红外干燥的为高。
除此之外,远红外干燥的青R90C热水»»3mm水性契比热凤干燥的好”这说明,远红外干燥的产昂的表面礎比程度较低。
日本的清水贤对马蛉薯和胡事卜进行远红外干燥的试验表明,基干制抽的丧面鼻有多孔特性.这无嶷对产品的复水很有好处。
实例二、水产品干燥
实例三、面条干燥
二、食品远红外焙烤优点:
加热速度快,表层加热效果好,因此可以满足焙烤的要求。
实例:
在酥性饼干的制造中,传统的做法是在80℃下进行第一次干燥,但在该条件下,表面和内部的水分分布不均匀,膨化是产生大小不一的气泡,因此产品咬感较差。
而采用远红外干燥,不仅无此现象,而且还可节约10分钟时间。
在第二次干燥时,还可节约2/3的时间。
同时可节约62%的厂房面积和19%的燃料费用。
三、食品远红外熟成
1、远红外熟成的概念利用远红外线辐射食品时,引起食品内部水分及有机物质分子振动,导致蛋白质、碳水化合物等物质的变化,从而达到熟化的效果。
2、实例
实例一:
降低煮蛋时的破壳率传统方法煮蛋的过程及缺点──过程是先将蛋放入20℃的水中,然后在水浴中加热到80℃,再用冷水冷却到20℃。
由于蛋与水的温差较大,所以破壳率较高,且造成水中微生物对蛋的污染。
远红外线加热的过程及优点──采用干式加热,不需放入水中。
加热均匀,熟度一致,不受水中微生物的污染,破壳率由15%降低到2%,常温下放置1个月不会败坏。
实例二:
加速酒的陈酿速度一般酒类的陈酿时间要1年至数年,但用远红外线照射,仅需数小时甚至几分钟。
实例三:
加速腌渍进程
四、食品远红外杀菌优点:
远红外线加热杀菌不需经过热媒。
远红外线直接照射到待杀菌的物品上,传热直接由表面渗透到内部,另外有部分远红外线直接穿透表面,加热内部加热(穿透力比微波稍差)。
因此,远红外线不仅可以用于一般粉状和块状食品的加热,而且还可用于坚果食品如咖啡豆、花生和谷物的杀菌及灭霉,以及袋装食品的直接杀菌。
(一)谷物和果实的表层杀菌处理常用于谷物杀菌的方法是:
向谷物中通入有毒气体如氧化乙烷、氧化丙烯和溴甲烷等,但毒气会带来安全问题。
因此,美国对此工艺作了严格的限制。
远红外加热处理谷物和果实表面,不仅可杀灭谷物表面的微生物,还有助于脱壳,并且无毒,而且还有助于提高产品的消化性能。
图3・22远红外干燥流程图
A—Jt箱B—红外加热元件C一綸送带
D-振动器E-暫芒箱F-粉碎机
G—空气分选器H-r箱
(二)谷物和果实的内部处理
1、大豆的灭霉处理
优点是升温快,工艺达到灭酶的要求,耗能低赖氨酸损失小。
图M-23是利用运红外线处理大豆使其脂肪氧含酵失活的流释图"大豆首先盟远红外线照射,快速升沮・然后在保温仓电保温一段时间.采用该就程处理大豆不仅可比很好地达到灭離的工艺妥求《见图3-24),而且降低軽耗°另外;采用该流程处理*大豆中的niKRm失可以威少到堆小程度。
图3-23远红外处理大豆工艺流程图
2、豌豆的灭酶处理
新鮮豌豆衽进冷冻保竜以前要使其脂肪氧合祥失活。
同样,上述流程也适合于新鮮绿瞬豆的灭酵处理.采用该流程处理*航垃维生素C的悍存車离于传统的热水廉烫・风味也要比传统的热水谏烫处理奸.
3、饲料用蚕豆的灭酶处理
4、饼用小麦面粉的灭酶处理
5、油菜籽灭酶处理
6、谷物与果实内外部的同时处理
五、食品远红外解冻利用远红外线对冷冻食品进行解冻处理试验,表明内部与外部温差小,中心温度上升快,适于解冻的要求。