《食品电特性》PPT课件.ppt

第8章 食品电特性v 概述概述v 食品的电特性及其测定食品的电特性及其测定v 食品电特性的应用食品电特性的应用主要内容主要内容学习目标与要求学习目标与要求掌握介电性能的一些基本概念，如介电常数、介质极化、介质损耗的物理意义；掌握食品介电特性的影响因素；了解介电松弛的现象及其原因；了解食品电特性的测定；掌握电离辐射、微波加热、远红外加热原理。一、食品电特性的概念一、食品电特性的概念食品电特性食品电特性指食品物料在特定的条件下，指食品物料在特定的条件下，处于电场中时自身所表现的性质。处于电场中时自身所表现的性质。l主动电特性主动电特性，包括由食品材料中存在某些，包括由食品材料中存在某些能源而产生的电特性。能源而产生的电特性。l被动电特性被动电特性，反映了影响食品所占空间内，反映了影响食品所占空间内电场和电流电场和电流(电荷电荷)的分布特性。的分布特性。二、食品二、食品电电特性的分特性的分类类p食食品品材材料料在在受受到到外外界界的的刺刺激激时时，就就会会产产生生抵抵抗抗，其其通通常常表表现现为为食食品品材材料料的的电电导导率率、电电容容率率、击击穿穿电电位、刺激电位等。位、刺激电位等。二、食品二、食品电电特性的分特性的分类类1.电特性加工方法电特性加工方法l满足食品加工中对食品资源充分利用的要求满足食品加工中对食品资源充分利用的要求l减少加工中营养损失减少加工中营养损失l保持生物活性物质的活性保持生物活性物质的活性三、三、研究食品研究食品电电特性的意特性的意义义微波干燥微波干燥高压脉冲电场杀菌高压脉冲电场杀菌2.使用电场或电磁场使用电场或电磁场l对对构构成成食食品品的的最最小小单单位位进进行行最最富富效效果果的的加加工工处理处理三、三、研究食品研究食品电电特性的意特性的意义义3.电磁场的生物效应电磁场的生物效应l生鲜食品的水果、蔬菜、种子等保鲜生鲜食品的水果、蔬菜、种子等保鲜三、三、研究食品研究食品电电特性的意特性的意义义4.食品电特性加工将广泛应用食品电特性加工将广泛应用l加热、杀菌、干燥等加热、杀菌、干燥等耗能耗能较高领域较高领域三、三、研究食品研究食品电电特性的意特性的意义义5.运用食品电特性的检测运用食品电特性的检测l食品加工自动化食品加工自动化l食品品质控制精确化食品品质控制精确化三、三、研究食品研究食品电电特性的意特性的意义义1.食品的食品的电磁波电磁波处理和加工处理和加工四、四、电特性在食品加工中的应用电特性在食品加工中的应用2.食品加工中食品加工中静电场静电场的利用的利用分离分离：从谷粒、茶叶、油料种子及明胶中除去：从谷粒、茶叶、油料种子及明胶中除去杂质。杂质。食品保鲜食品保鲜：抑制果蔬的呼吸代谢，减少糖分的：抑制果蔬的呼吸代谢，减少糖分的消耗，保持颜色和形状。消耗，保持颜色和形状。食品干燥食品干燥：水的蒸发很活跃，干燥速率增大。：水的蒸发很活跃，干燥速率增大。其他其他:杀菌、解冻、鱼及肉制品表面的除霉等。杀菌、解冻、鱼及肉制品表面的除霉等。四、四、电特性在食品加工中的应用电特性在食品加工中的应用3.直流电的应用直流电的应用电渗透：对食品进行固液分离或脱水处理电渗透：对食品进行固液分离或脱水处理电渗析：对加工食品进行净化处理及对乳制品电渗析：对加工食品进行净化处理及对乳制品中的去盐中的去盐电泳：牛奶蛋白分离电泳：牛奶蛋白分离电浮选：蛋白质、脂肪等干物质的增浓、食品电浮选：蛋白质、脂肪等干物质的增浓、食品厂排污的净化等。厂排污的净化等。四、四、电特性在食品加工中的应用电特性在食品加工中的应用4.交变电场的应用交变电场的应用欧姆欧姆加热（加热（Ohmicheating）原原理理：利利用用食食品品本本身身的的介介电电性性质质,当当电电流流通通过过时时,在在食食品品物物料料内内部部将将电电能能转转化化为为热热能能,引引起起食食品品温度升高温度升高,从而达到直接均匀加热杀菌的目的。从而达到直接均匀加热杀菌的目的。四、四、电特性在食品加工中的应用电特性在食品加工中的应用4.交变电场的应用交变电场的应用高压脉冲电场（高压脉冲电场（pulsedelectricfield,PEF）原原理理：将将食食品品置置于于高高压压脉脉冲冲电电场场中中，由由于于细细胞胞膜膜两两侧侧的的电电位位差差变变大大，电电荷荷相相反反，它它们们相相互互吸吸引引形形成成挤挤压压力力，挤挤压压力力大大于于细细胞胞膜膜的的恢恢复复力力时时，细细胞胞膜膜就就要要破破裂裂，从从而达到在非热条件下的杀菌目的。而达到在非热条件下的杀菌目的。四、四、电特性在食品加工中的应用电特性在食品加工中的应用五、利用食品电特性加工的课题五、利用食品电特性加工的课题食品的电特性与其组织结构、力学性质、热学性质等食品的电特性与其组织结构、力学性质、热学性质等的相互关联和影响的相互关联和影响;作为浓缩能源的电力，在食品工程传热传质操作中的作为浓缩能源的电力，在食品工程传热传质操作中的合理应用方法合理应用方法;以电力为基础的食品加工装置计算和设计理论的建立以电力为基础的食品加工装置计算和设计理论的建立;利用电学性质对利用电学性质对食品品质的检测和评价食品品质的检测和评价;通过传统加工方法与电力加工方法的合理组合，使电通过传统加工方法与电力加工方法的合理组合，使电力加工从经济性、安全性和效率上满足实际生产的需力加工从经济性、安全性和效率上满足实际生产的需要。要。食品的介电特性食品的介电特性一、基本概念一、基本概念1.电介质的极化电介质的极化电子位移极化(electronicpolarization)原子极化(atomicpolarization)取向极化(orientation)一、基本概念一、基本概念一、基本概念一、基本概念2.介电常数介电常数相对介电常数是物料实际介电常数和真空介电常数0电介质的相对介电常数，可定义为：式中，C以某种材料为介质时的电容器的电容；C0以真空为介质时的电容。相对介电常数是一个无量纲的量，可写成真空的介电常数0为8.8510-12F/m。损耗角相位角3.介电损耗介电损耗极性分子在电场中不断地作取向运动，分子间发生碰撞和摩擦将消耗电能并转为热能，这种消耗称为介电损耗。一、基本概念一、基本概念3.介质损耗介质损耗食品物质在电磁场中能量损失由两部分组成：第一部分来自电导引起的电导损失，产生热量；第二部分来自极化运动产生的热损耗，称为介电损耗。介电损耗在电场中吸收的电能为：Q=55.610-12E2f式中，Q吸收能量(W/m3)；E电场强度(V/m)；f电场频率(Hz)；相对介电损耗因数；一、基本概念一、基本概念二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素 p电场频率电场频率p温度温度p物料含水率物料含水率p食品成分食品成分二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素 二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素 小麦在任何频率下介电常数随含水量的增加而增加，这是由于水的介电常数相当大的原因。二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素 二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素 二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素 l冻结状态介电性能均很小l增加到融化温度介电常数介电损耗因数l超过融化温度介电性能均二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素（3GHz）温度对取向极化有两种相反的作用：l一方面温度升高，分子间相互作用力减弱，使得偶极转动取向容易进行，极化加强，l另一方面，温度升高，分子热运动加强，对偶极的干扰增大，反而不利于偶极取向，是极化减弱。因此，在温度不太高时，前者占主要地位，随温度升高，介电常数增大，到一定温度范围，后者超过前者，介电常数随温度升高而减小二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素 粘稠度降低，粘稠度降低，粘稠度降低，粘稠度降低，离子运动加速离子运动加速离子运动加速离子运动加速氢氢氢氢键键键键数数数数量量量量及及及及分分分分子子子子间间间间作作作作用用用用力力力力降降降降低低低低，偶偶偶偶极极极极子旋转位垒降低子旋转位垒降低子旋转位垒降低子旋转位垒降低二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素 l盐在食品中主要以离子状态存在，在外电场作用下盐在食品中主要以离子状态存在，在外电场作用下盐在食品中主要以离子状态存在，在外电场作用下盐在食品中主要以离子状态存在，在外电场作用下发生迁移。发生迁移。发生迁移。发生迁移。盐离子可降低水分子极化程度盐离子可降低水分子极化程度盐离子可降低水分子极化程度盐离子可降低水分子极化程度介电常数介电常数介电常数介电常数盐的增加对盐的增加对盐的增加对盐的增加对介电损耗因数介电损耗因数介电损耗因数介电损耗因数的影响的影响的影响的影响二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素 食食品品含含水水率率高高，介介电电常常数数和和介介电电损损耗耗因因数数均均增增加加。二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素 l碳水化合物与水分子的相互作用碳水化合物与水分子的相互作用碳水化合物与水分子的相互作用碳水化合物与水分子的相互作用l介电性能大小：介电性能大小：介电性能大小：介电性能大小：u淀粉水溶液淀粉水溶液淀粉水溶液淀粉水溶液蔗糖水溶液蔗糖水溶液蔗糖水溶液蔗糖水溶液u 糊化淀粉糊化淀粉糊化淀粉糊化淀粉未糊化淀粉未糊化淀粉未糊化淀粉未糊化淀粉二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素 v不同来源的蛋白质有不同的介电性能。不同来源的蛋白质有不同的介电性能。不同来源的蛋白质有不同的介电性能。不同来源的蛋白质有不同的介电性能。v蛋白质吸附自由水越多，蛋白质的介电性能越差。蛋白质吸附自由水越多，蛋白质的介电性能越差。蛋白质吸附自由水越多，蛋白质的介电性能越差。蛋白质吸附自由水越多，蛋白质的介电性能越差。v蛋白质变性蛋白质变性蛋白质变性蛋白质变性农产品或食品在交流电场中时，相当于在极性分子上施加交流电压，这时，偶极子就会伴随电场的转动而取向，而且，随转动频率的增高，偶极子追不上电场的变化，该取向就产生一个时间延迟，此时复复介介电电常常数数的的实实部部就随之减少，这种随频率增加而减少的变化叫做耗耗散散，而相反的增加变化叫做吸收，两者一并被称为松松弛弛。三、介电松弛三、介电松弛三、介电松弛三、介电松弛p介电松弛本质上反映分子运动的难易程度。介电松弛本质上反映分子运动的难易程度。p极极化化松松弛弛时时间间：处处于于极极化化状状态态的的介介质质，去去掉外电场后，极化消失所需要的时间。掉外电场后，极化消失所需要的时间。p特征频率特征频率：极化松弛时间的倒数。：极化松弛时间的倒数。对于电场中的农产品和食品来说，除了水中的偶极子之外，其他各种因素也能产生松弛现象。三、介电松弛三、介电松弛n n 引起电特性中松弛现象的因素引起电特性中松弛现象的因素 三、介电松弛三、介电松弛三、介电松弛三、介电松弛思考题思考题11.何谓食品的介电损耗、介电松弛？2.食品电特性的研究意义，并举例说明食品电特性在食品加工中的应用？3.食品的介电特性包括哪些？并简述影响因素。食品的电导特性食品的电导特性一、电阻率一、电阻率电电阻阻率率（electricalresistivity）是反映介质材料绝缘性能的特征参数，是由材料的导电性能所决定的物理量。数值上等于这种材料制成的长度和截面积都为一个单位的样品所具有的电电阻阻值值，国际单位制中，电阻率的单位为欧米。一、电阻率一、电阻率 p生物物料生物物料的电阻率不仅与的电阻率不仅与物料性质物料性质有关，有关，而且还与而且还与含水率和温度含水率和温度有关。有关。p温度升高温度升高引起电子间频繁的碰撞，导致碰引起电子间频繁的碰撞，导致碰撞时间缩短，从而撞时间缩短，从而使电阻率增大使电阻率增大。二、电导和电导率二、电导和电导率l电导电导是描述物体传导电流性能的物理量，记作G。物体的电导物体的电导为通过该物体电流与该物体所加电压的比值。l对于直流电路直流电路而言，电导就是电阻的倒数，其单位为S。电导率是电阻率的倒数，电导率的单位为S/m。一、电导和电导率一、电导和电导率在交流电场中在交流电场中:式中，电导率(S/m)；f频率(Hz)；介质损耗因数；真空介电常数，其值为8.85410-12F/m。动物血液动物血液的电导率与其中干物质含量干物质含量有关，并且随温度温度的上升而上升。二、食品电导特性及其应用二、食品电导特性及其应用u在考虑一般液体电导率时，首先要看干物质含量干物质含量的影响。u液体电导率与温度温度线性线性相关，如图8-18所示。二、食品电导特性及其应用二、食品电导特性及其应用u在电导率的利用上，人们还注意到了电电导导率率与与某某些些食品的品质的关系食品的品质的关系。u如图8-19所示，大蒜之所以具有不同的电导率，与芽的状态有关。u因此，通过电导率的测定就有可能简单、准确、迅速地客观评价大蒜品质。二、食品电导特性及其应用二、食品电导特性及其应用食品电特性的测定食品电特性的测定一、食品介电特性的测定一、食品介电特性的测定 电场中食品的电物性与电场频率有关，目前所指的电场频率为0-1013Hz。在如此宽的电场频带内，测定食品的电物性应有不同的方法。二、电导率的测定二、电导率的测定l离子的导电性对介电损耗的影响可由下式表示:式中，L偶极矩极化产生的介电损耗；C介电常数的实测值；电导率；f测定电导率时所使用的电场频率。对对食食品品电电物物性性的的利利用用，除除了了对对食食品品品品质质的的无无损损检检测测或品质分析或品质分析外，还可用于对食品的加工处理，包括：外，还可用于对食品的加工处理，包括：n电磁辐射电磁辐射n远红外线加热远红外线加热n微波加热微波加热n静电场处理静电场处理n电渗透脱水电渗透脱水n通电加热通电加热p电磁波谱电磁波谱电磁辐射以波的形式传输，因此可以根据波长和频率分类，波长与频率的关系为C，其中，常 数 C为3.0108m/s，即真空中光速。一、电离辐射一、电离辐射表表表表8-78-7总结了通过气体、液体和固体的各种辐射形式的吸收总结了通过气体、液体和固体的各种辐射形式的吸收总结了通过气体、液体和固体的各种辐射形式的吸收总结了通过气体、液体和固体的各种辐射形式的吸收效果。效果。效果。效果。一、电离辐射一、电离辐射一、电离辐射一、电离辐射1.电离辐射定义电离辐射定义、射线及中子射线、原子射线、电子射线、紫外线等都属于射线类，当这些射线穿过食品或农产品时，会对分子起到离子化作用，这种现象叫做电离辐射。一、电离辐射一、电离辐射2.电离辐射机理电离辐射机理电离辐射对生物作用的全过程，可以简化如下电离辐射对生物作用的全过程，可以简化如下:3、辐射的化学效应、辐射的化学效应 由由电电离离辐辐射射使使食食品品产产生生各各种种粒粒子子、离离子子及及质子的基本过程有初级辐射和次级辐射。质子的基本过程有初级辐射和次级辐射。（1 1）初初级级辐辐射射:使使物物质质形形成成离离子子、激激发发态态分分子子或分子碎片。或分子碎片。（2 2）次次级级辐辐射射：使使初初级级辐辐射射的的产产物物相相互互作作用用，生成与原始物质不同的化合物。生成与原始物质不同的化合物。一、电离辐射一、电离辐射4.辐射对微生物的作用辐射对微生物的作用（1 1）直接效应）直接效应细胞内蛋白质、细胞内蛋白质、DNADNA受损，即受损，即DNADNA分子碱分子碱基发生分解或氢键断裂等，致使微生物细胞基发生分解或氢键断裂等，致使微生物细胞活动紊乱，甚至停止。活动紊乱，甚至停止。细胞膜受损，酶释放出来，酶功能紊乱，细胞膜受损，酶释放出来，酶功能紊乱，干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使微生物死亡。微生物死亡。一、电离辐射一、电离辐射4.辐射对微生物的作用辐射对微生物的作用（2）间接效应）间接效应当当水水分分子子被被激激活活和和电电离离后后，成成为为游游离离基基，起起氧氧化化还还原原作作用用，这这些些激激活活的的水水分分子子就就与与微微生生物物内内的的生生理理活活性性物物质质相相互互作作用用，而而使使细细胞胞生生理理机能受到影响。机能受到影响。一、电离辐射一、电离辐射一、电离辐射一、电离辐射3.电离辐射对农产品和食品的影响电离辐射对农产品和食品的影响(1)生物学效应生物学效应杀菌、杀虫作用杀菌、杀虫作用使果树生长发育异常化使果树生长发育异常化抑制马铃薯、洋葱、大蒜、地瓜等生根发芽抑制马铃薯、洋葱、大蒜、地瓜等生根发芽防止蘑菇开伞防止蘑菇开伞延缓香蕉、番茄后熟延缓香蕉、番茄后熟促进桃子、柿子成熟促进桃子、柿子成熟一、电离辐射一、电离辐射3.电离辐射对农产品和食品的影响电离辐射对农产品和食品的影响(2)化学效应化学效应增加干制食品的复水性能增加干制食品的复水性能提高小麦面粉加工面包的性能提高小麦面粉加工面包的性能改进酒的品质改进酒的品质促使蛋白质、淀粉等的变性促使蛋白质、淀粉等的变性提高发酵饲料中各种酶类的分解能力提高发酵饲料中各种酶类的分解能力二、二、远红外线加热远红外线加热 远远红红外外线线和和微微波波一一样样都都属属于于非非电电离离辐辐射射电电磁磁波波，把把波波长为长为0.781000m之间的电磁波称为红外线。之间的电磁波称为红外线。红红外外线线电电磁磁波波波波长长范范围围相相当当宽宽。因因此此，又又进进一一步步把把这这部部分分电电磁磁波波划划分分为为近近红红外外线线(0.781.4m)、中中间间红红外外线线(1.43m)和和远红外线远红外线(3l000m)。在在实实际际应应用用中中，常常使使用用的的波波长长范范围围为为225m，因因此此，也也有有人人称称这这一一段段电电磁磁波波为为远远红红外外线线。远远红红外外线线加加热热之之所所以以在在食食品品加加工工中中得得到到很很广广泛泛的的应应用用，主主要要是是因因为为与与热热风风干干燥燥或或热热风风加加热热相相比比，远远红红外外辐辐射射的的能能量量可可以以直直接接被被食食品品物物料料吸收，减少了能量损失。吸收，减少了能量损失。热热辐辐射射效效率率最最大大的的理理想想物物体体称称为为黑黑体体。各各种种温温度度下下，黑黑体体的的分分光光辐辐射射能能量量MW/(cm2m)分分布布是是一一组组曲曲线线，其其表达式为，表达式为，式中，式中，C13740210-12 Wcm2；C2143848 cmK；波长波长(m)；T热力学温度热力学温度(K)。1.远红外辐射远红外辐射 图图中中所所示示，随随黑黑体体温温度度的的上上升升，各各波波长长的的能能量量都都有有所所增增加加，但但分分布布曲曲线线的的峰峰值值却却偏偏向向短短波波方方向向。能能量量密密度度最最大大的的波波长长max与与温温度度的的反反比比例例关关系系可用可用文变位定律文变位定律表示表示:1.远红外辐射远红外辐射图图8-278-27 普普通通食食品品加加工工中中所所使使用用的的加加热热温温度度范范围围大大都都在在300-500K。由由图图8-27知知，在在这这一一温温度度范范围围内内，黑黑体体或或近近似似黑黑体体物物质质辐辐射射能能量量密密度度最最大大波波长长正正是是在在2.5-20m的的远远红红外外线线波波长长范范围围。因因此此，使使用远红外线有着较高的辐射效率。用远红外线有着较高的辐射效率。l黑体只是理想的物质黑体只是理想的物质。实际的远红外辐射体，其能量密度最大。实际的远红外辐射体，其能量密度最大波长虽然也是随温度升高向左偏，但与黑体的文变位定律公式波长虽然也是随温度升高向左偏，但与黑体的文变位定律公式存在差距。一般电热炉镍铬合金存在差距。一般电热炉镍铬合金(nichrome)电阻丝与远红外电热电阻丝与远红外电热丝在丝在500时的分光辐射分布曲线如图时的分光辐射分布曲线如图8-28所示。所示。图图 8-288-281.远红外辐射远红外辐射2.食品对远红外线的吸收食品对远红外线的吸收u 因因为为物物体体的的温温度度是是其其分分子子运运动动动动能能的的表表现现。从从分分子子运运动动的的观观点点看看，物物体体的的分分子子结结构构与与其其对对各各种种电电磁波的吸收关系很大。磁波的吸收关系很大。u 不不同同结结构构的的分分子子、原原子子团团都都有有其其固固有有的的振振动动频频率。率。u 远远红红外外电电磁磁波波的的频频率率与与食食品品分分子子中中原原子子振振动动的的频频率率接接近近，而而原原子子振振动动的的固固有有频频率率与与结结合合键键种种类类以以及分子的结构有关。及分子的结构有关。水水的的O-H键键伸伸缩缩振振动动和和转转角角振振动动分分别别对对应应2.7m和和6.1m的的波波长。淀粉和纤维素在长。淀粉和纤维素在2.7m处也有相似的吸收峰。处也有相似的吸收峰。在在2-20m的的远远红红外外波波长长范范围围，大大部部分分食食品品材材料料对对远远红红外外辐辐射射的的吸吸收收率率都都较较高高，这这也也是是远远红红外外辐辐射射技技术术在在食食品品工工业业中中得得到到极极大重视的原因之一。大重视的原因之一。图图8-298-292.食品对远红外线的吸收食品对远红外线的吸收淀粉、水和纤维素淀粉、水和纤维素等三种物质在不同等三种物质在不同波长光下的吸收率波长光下的吸收率 远远红红外外辐辐射射对对食食品品中中水水和和其其他他物物质质分分子子的的特特殊殊振振动动效效果果，还还是是促促进进分分子子间间互互相相结结合合、交交联联的的动动力力。这对食品的熟成这对食品的熟成(陈化陈化)有一定作用。有一定作用。例例如如，在在挂挂面面制制造造中中，用用远远红红外外干干燥燥，不不仅仅干干燥燥效效率率高高，而而且且可可以以促促进进面面筋筋的的水水合合作作用用，使使制制品品比比普普通通方方法法的的口口感感滑滑润润，更更加加筋筋进进。用用远远红红外外处处理理酒，可以使酒的陈放时间大大缩短，味进更香醇。酒，可以使酒的陈放时间大大缩短，味进更香醇。2.食品对远红外线的吸收食品对远红外线的吸收3.远红外线在食品中辐射深度远红外线在食品中辐射深度图图8-29p远红外线对材料的辐射深度与材料对远红外的吸收率成反比。远红外线对材料的辐射深度与材料对远红外的吸收率成反比。p 远红外的穿透深度不仅与电磁波波长有关，也与物质本身的成远红外的穿透深度不仅与电磁波波长有关，也与物质本身的成分，尤其是水分含量有关。分，尤其是水分含量有关。n吸吸收收性性与与穿穿透透性性成成反反比比例例关关系系，即即吸吸收收性性越越好好，穿穿透透性性越越差差。由由于于吸吸收收性性或或穿穿透透性性与与波波长长有有关关，所所以以，工程上用积分特性来衡量红外线对物质的穿透特性。工程上用积分特性来衡量红外线对物质的穿透特性。n 所所谓谓积积分分特特性性，是是指指红红外外线线发发射射体体发发出出的的最最大大能能量量密度波长密度波长(max)。n 穿穿透透特特性性往往往往用用穿穿过过试试样样的的厚厚度度与与达达到到此此厚厚度度红红外外线能量的衰减率线能量的衰减率 穿透能表示穿透能表示。3.远红外线在食品中辐射深度远红外线在食品中辐射深度优点：优点：食品不必接触热源或传热介质就可以直接得到加热食品不必接触热源或传热介质就可以直接得到加热;在食品周围保持低温状态下，可对食品进行加热；在食品周围保持低温状态下，可对食品进行加热；加热可以不受食品周围气流影响；加热可以不受食品周围气流影响；加热速度快、效率高；加热速度快、效率高；可减少热加工过程中营养成分或色、香、味的损失。可减少热加工过程中营养成分或色、香、味的损失。4.远红外线辐射在食品加工中的应用远红外线辐射在食品加工中的应用设备：设备：有箱式加热炉和隧道式加热炉。有箱式加热炉和隧道式加热炉。4.远红外线辐射在食品加工中的应用远红外线辐射在食品加工中的应用（1）食品远红外干燥食品远红外干燥用于谷物、面条、中草药的干燥。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。解小，原料不易变性，适于热敏性物质的干燥。4.远红外线辐射在食品加工中的应用远红外线辐射在食品加工中的应用实例：菠菜干燥实例：菠菜干燥(2)食品远红外焙烤食品远红外焙烤l优优点点：加加热热速速度度快快，表表层层加加热热效效果果好好，因因此此可可以以满满足足焙焙烤的要求。烤的要求。l实实例例：在在酥酥性性饼饼干干的的制制造造中中，传传统统的的做做法法是是在在80下下进进行行第第一一次次干干燥燥，但但在在该该条条件件下下，表表面面和和内内部部的的水水分分分分布布不不均均匀匀，膨膨化化是是产产生生大大小小不不一一的的气气泡泡，因因此此产产品品咬咬感感较较差差。而而采采用用远远红红外外干干燥燥，不不仅仅无无此此现现象象，而而且且还还可可节节约约10分分钟钟时时间间。在在第第二二次次干干燥燥时时，还还可可节节约约2/3的的时时间间。同时可节约同时可节约62%的厂房面积和的厂房面积和19%的燃料费用。的燃料费用。4.远红外线辐射在食品加工中的应用远红外线辐射在食品加工中的应用(3)食品远红外熟化食品远红外熟化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。熟化的效果。实例：实例：降低煮蛋时的破壳率降低煮蛋时的破壳率：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%，常温下放置个月不会败坏。加速酒的陈酿速度加速酒的陈酿速度：一般酒类的陈酿时间要年至数年，但用远红外线照射，仅需数小时甚至几分钟。加速腌渍进程加速腌渍进程：对于腌制食品，也有促进发酵的作用，在腌制时，只要远红外线照射15min，就可获得很好的效果。4.远红外线辐射在食品加工中的应用远红外线辐射在食品加工中的应用(4)食品远红外杀菌食品远红外杀菌不仅可用于一般粉状和块状食品的加热，而且还可用于坚果不仅可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。直接杀菌。实例：实例：谷物和果实的表层杀菌处理谷物和果实的表层杀菌处理：远红外加热处理谷物和果实表：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。毒，而且还有助于提高产品的消化性能。谷物和果实的内部处理谷物和果实的内部处理：大豆的灭霉处理、豌豆的灭酶处理：大豆的灭霉处理、豌豆的灭酶处理4.远红外线辐射在食品加工中的应用远红外线辐射在食品加工中的应用思考题思考题21.电离辐射对农产品和食品的影响有哪些？2.结合远红外辐射的特点，陈述其在食品加工中的优点，并举例说明其在食品中的应用有哪些？三、微波加热三、微波加热 食食品品工工业业中中利利用用材材料料对对电电磁磁波波的的吸吸收收进进行行加加热热，主要有高频波和微波。主要有高频波和微波。高高频频波波(high frequency wave)指指10kHz-300MHz频频率范围的电磁波。率范围的电磁波。微微波波(micro-wave)多多指指频频率率为为30OMHz-300GHz（波波长长为为0.0011m）的的电电磁磁波波。微微波波也也称称为为超超高高频频，是是无无线线电电波波中中波波长长最最短短的的波波段段。在在食食品品加加工工中中常常用用频频率为率为915MHz2450MHz。1.微波加热的原理微波加热的原理p 微微波波加加热热原原理理是是利利用用水水分分子子在在微微波波场场中中的的快快速速旋旋转转而而产产生生的摩擦热。的摩擦热。p 如如图图9-33所所示示。对对于于家家用用微微波波炉炉，在在频频率率245OMHz下下，水水分子在分子在1s内将发生内将发生24.5亿次的转动，从而产生足够的热量。亿次的转动，从而产生足够的热量。图图9-339-332.微波加热特点微波吸收的特点和加热的选择性微波吸收的特点和加热的选择性 介介质质损损耗耗因因数数与与电电场场频频率率有有关关，当当电电磁磁波波的的频频率率超超过过偶偶极极子子的的特特征征频频率率（或或称称固固有有频频率率）时时，偶偶极极子子运运动动的的频频率率可可能能会会减减慢慢，也也就就是是说说对对微微波波的的吸吸收收效效率率降降低低。水水或或其其他他食食品品物物质质在在微微波波域域的的介介电电损损耗耗“（介介质质损损耗耗因因数数）最最大大，也就是说对微波能的吸收最大也就是说对微波能的吸收最大。每每一一种种极极性性分分子子，都都具具有有一一定定的的吸吸收收微微波波最最大大特特征征频频率率。即即在在同同样样频频率率的的微微波波照照射射下下，不不同同分分子子的的吸吸收收能能力力不不同，这就使得微波加热具有选择性。同，这就使得微波加热具有选择性。由由表表中中可可以以看看出出，水水或或含含水水食食品品的的介介质质损损耗耗因因数数，比比塑塑料料、玻玻璃璃等等容容器器要要大大数数百百倍倍甚甚至至数数万万倍倍。水水的的介介质质损损耗耗因因数数比比蛋蛋白质、淀粉等食品材料也要大白质、淀粉等食品材料也要大10倍到数十倍。倍到数十倍。微波加热选择性的优点：微波加热选择性的优点：微波加热选择性的优点：微波加热选择性的优点：首首先先它它可可以以在在加加热热包包装装内内食食品品时时，使使绝绝大大部部分分能能量量被被加加热热对对象象吸吸收收，减减少少容容器器或或包包装装材材料料对对热热的的吸吸收收，从而从而减少热损失减少热损失。加加热热选选择择性性还还为为微微波波带带来来另另一一个个用用途途就就是是微微波波杀杀虫虫。由由于于干干燥燥食食品品（面面粉粉等等粮粮食食）中中的的害害虫虫含含水水较较多多，所以在微波场中会吸收大量的能量而被加热致死。所以在微波场中会吸收大量的能量而被加热致死。2.微波加热特点微波加热特点 例例如如，食食品品解解冻冻时时，由由于于微微波波对对冰冰和和水水的的吸吸收收性性质质截截然然不不同同，当当一一部部分分冰冰变变为为水水后后，就就会会大大量量吸吸收收微微波波，造成解冻不匀。造成解冻不匀。微波加热选择性的不利因素：微波加热选择性的不利因素：微波加热选择性的不利因素：微波加热选择性的不利因素：2.微波加热特点微波加热特点微波的反射和穿透特性微波的反射和穿透特性:微波因波长很小，所以和几何光线很接近。微波因波长很小，所以和几何光线很接近。当遇到不吸收微当遇到不吸收微波的物体如金属时，就会像光线一样被反射回来。波的物体如金属时，就会像光线一样被反射回来。利用这一性质利用这一性质可对微波的传输进行导波，或对不需要加热的食品部分用金属进可对微波的传输进行导波，或对不需要加热的食品部分用金属进行屏蔽。行屏蔽。由于微波的反射特性，用微波加热食品时就不需要电极，只由于微波的反射特性，用微波加热食品时就不需要电极，只要像反光镜那样把微波射向食品就可进行加热。然而，对吸收微要像反光镜那样把微波射向食品就可进行加热。然而，对吸收微波的食品，除部分反射外，微波则会穿透食品表面，把能量直接波的食品，除部分反射外，微波则会穿透食品表面，把能量直接传到食品内部。微波的传到食品内部。微波的穿透深度穿透深度D(m)可用下式表示可用下式表示:另外，工业上常用另外，工业上常用半衰深度半衰深度Dh(m)表示微波的穿透能力。表示微波的穿透能力。Dh即入射电场强度衰减至一半时的深度即入射电场强度衰减至一半时的深度。2.微波加热特点微波加热特点表表8-98-92.微波加热特点微波加热特点 微波的穿透性给微波加热也带来许多优点微波的穿透性给微波加热也带来许多优点:由由于于它它对对不不吸吸收收微微波波的的玻玻璃璃、塑塑料料等等电电介介质质穿穿透透性性极极好好，可可使使能能量量直直接接到到达达食食品品内内部部一一定定深深度度。所所以以只只要要选选择择适适当当的的频频率率、电电压压，就就可可实实现现对对容容器器内食品的迅速加热或大块食品的内外均匀加热内食品的迅速加热或大块食品的内外均匀加热;微微波波可可把把能能量量直直接接传传给给食食品品内内部部，尤尤其其是是食食品品内内部部的的水水。这这就就可可使使食食品品内内的的水水分分在在极极短短时时间间内内升升温甚至汽化，大大温甚至汽化，大大加快干燥速度或使食品膨化加快干燥速度或使食品膨化。2.微波加热特点微波加热特点3.微波加热的问题微波加热的问题 微波加热的最大问题就是加热不均匀微波加热的最大问题就是加热不均匀。其。其原因原因主要有以下几点：主要有以下几点：微微波波加加热热的的选选择择性性。在在微微波波场场中中不不同同的的食食品品材材料料，以以及及它它们的温度、状态不同，都会引起各部分对微波能吸收的差异们的温度、状态不同，都会引起各部分对微波能吸收的差异;微微波波虽虽有有好好的的穿穿透透性性，但但在在实实际际加加热热中中受受反反射射、穿穿透透、折折射吸收等影响，使射吸收等影响，使各部产生的热量不同各部产生的热量不同;电电场场的的尖尖角角集集中中效效应应。这这种种效效应应也也称称为为棱棱角角效效应应(edge effect)。微微波波场场也也是是电电场场，因因此此在在加加热热时时，对对食食品品不不同同曲曲率率的的表表面面，也也会会产产生生棱棱角角效效应应。即即在在棱棱角角的的地地方方电电场场强强度度大大，产产热热多多、温升快。温升快。由由于于这这些些原原因因，微微波波加加热热时时，食食品品往往往往会会出出现现一一些些温温度度上上升升特特别快的别快的热点热点(hot spot)，如图，如图8-32(a)所示。所示。对对容容器器中中食食品品进进行行适适当当分分割割、使使热热点点分分散散，减减少少食食品品的的棱棱角角，改善微波照射分布等是解决这一问题的方法，如图改善微波照射分布等是解决这一问题的方法，如图8-32(b)所示。所示。图图8-328-323.微波加热的问题微波加热的问题l在在很很大大的的频频率率范范围围内内，水水的的介介质质损损耗因数都保持较大值。耗因数都保持较大值。l自自由由水水的的介介质质损损耗耗因因数数在在微微波波频频率率为为17GHz时时最最大大，但但是是在在数数兆兆赫赫范范围围也保持一定有效值。也保持一定有效值。4.4.水的微波吸收特性和微波频率的选择水的微波吸收特性和微波频率的选择l除除微微波波外外，高高频频波波对对含含水水食食品品也也有有偶极矩的偶极矩的极化加热效应极化加热效应。l结结合合水水的的频频率率特特性性与与自自由由水水不不同同，在在较较低低的的频频率率范范围围，介介质质损损耗耗因因数数保持较大值。保持较大值。图图8-338-33对对于于干干燥燥食食品品或或考考虑虑微微波波对对食食品品的的非非热热效效应时，应考虑到对结合水的作用。应时，应考虑到对结合水的作用。食食品品中中的的水水往往往往还还含含有有电电解解质质离离子子，因因此此这这部部分分的的通通电电加加热热效效果果也也会会加加大大微微波波加加热热的的效效果果。当当考考虑虑到到电电介介质质的的电电导导率率时时，介质损耗因数介质损耗因数应该由实效介质损耗因数应该由实效介质损耗因数c替代替代:式中，式中，L偶极子偶极子(dipole)介电损耗；介电损耗；/(2f f)电导率引起的损耗。电导率引起的损耗。其其中中/(2f f )这这部部分分损损耗耗在在图图8-33中中是是一一条条斜斜线线，表表示示与与频频率率成成反反比比。当当频频率率很很高高时时，这这部部分分损损耗耗接接近近于于0，但但在在数数兆兆赫赫以以下下的的高高频频波波，加加热热主主要要来来自自这这一一项项。当当食食品品含含有有食食盐盐时时，这这两两部部分分效效果果相相加加，会会产产生更多的热生更多的热。图图8-338-33产品名称：产品名称：产品名称：产品名称：L L型食品微波膨化干燥设备型食品微波膨化干燥设备型食品微波膨化干燥设备型食品微波膨化干燥设备l适适用用于于小规模产量的各种膨化类物料