论文部分内容阅读
油传热烹饪是烹饪食品原料常用热处理方式,在中式烹饪中占主导地位,其中油炒烹饪过程短促、剧烈且伴随持续蒸发现象,是最为复杂的油传热烹饪方式。颗粒食品的温度、水分含量分布在油炒过程中随空间、时间变化而改变,造成其烹饪品质在时间、空间上的不均匀变化,采用传统分析手段只能测定有限颗粒食品在特定时间、空间上的平均品质变化,为准确监测颗粒食品在热处理过程的品质动态变化需获取其全局温度、水分含量变化规律。因此,引入数值模拟技术是流体-颗粒食品热处理研究的必须手段。颗粒食品多为含湿性材料,油传热烹饪过程油脂预热温度较高,热处理过程中颗粒食品内部结构及组分将发生变化,各组分（水、空气、蒸汽等）的运输将影响颗粒食品传热传质机制,故一种可同时模拟温度及各组分全局变化的数学模型值得构建。多孔介质热/质传递数学模型以各组分为对象,针对各组分热/质传递特征单独列举数学控制方程,能更好地分析食品组分传递特性及分布。本文以猪里脊肉油炒过程为具体试验对象,根据猪里脊肉热/质传递特征构建数学模型,测定模型所需部分关键参数,再利用所建数学模型模拟分析不同因素对颗粒食品传热传质规律的影响。具体内容及结论如下:1、根据国外学者对食品油炸对流传质系数研究基础,以猪里脊肉为对象,综合探究了样品形状、比表面积及加热油温对猪里脊肉对流传质系数的影响。试验以无量纲水分含量与加热时间关系曲线系数为基础,经传质模型无量纲水分含量分析解原理及MATLAB软件联合处理得到猪里脊肉在不同形状、油温及比表面积下油炒时其对流传质系数在4.266×10-6 m/s3.845×10-55 m/s范围内变化。随着比表面积的增大及油温的升高,对流传质系数显著增大,而样品形状改变对其影响并不显著。再者,基于达西定律利用改装后的DSY多孔陶瓷渗透率测定仪测定猪里脊肉的固有渗透率:猪里脊肉在10（未加热处理）、20、30、40、50℃油温下加热至其中心温度达环境温度时取出,密封于仪器样品室中后以水为流体介质施加压力并使其经过样品内部,根据水的流量及加压时间计算得到液体固有渗透率,外推得到其与温度的关系:kin,w=3E-21×T4-3E-19×T3+1E-17×T2-1E-16×T+7E-16。对流传质系数与液体固有渗透率的试验测定为油传热数值模拟提供基础参数,提高数学模型参数准确性。2、热/质传递数学模型是食品烹饪科学研究技术手段,然前期所建模型模拟值与实测值间存在偏差,无法满足后期烹饪优化计算需求。为提高数学模型可靠性,从控制方程、边界条件及模型参数方面对数学模型进行完善与验证:在能量控制方程中添加蒸发现象描述,以猪肉内部水分蒸发温度为限制函数设定蒸发项公式——（7）Hv I（8）（9）（7）T（29）=98[degC]（8）;在质量守恒方程边界条件中添加流体流动带走的流量;基于试验测定及文献查阅模型参数。模型求解后经温度及水分含量分布模拟值与实测值间的对比验证其可靠性,其中温度分布实测值由烹饪传热学及动力学采集系统获得;水分分布实测值由低场核磁共振成像软件（MRI）及MATLAB软件处理获得,MRI成像得到的质子密度图灰度值（y）与水分含量（x）的关系:y=5.6093x-120.7,决定系数为0.971。3、利用完善后的数学模型从原料物性、刀工处理及过程控制方面进行模拟分析,获得样品形状、比表面积、液体固有渗透率、导热系数、比热容、对流传质系数及对流换热系数的变化对颗粒食品热/质传递规律的影响。模拟发现颗粒食品形状与液体固有渗透率的变化对其温度、水分含量分布影响较小;而比表面积、导热系数、对流换热系数的增大以及对流传质系数、比热容的减小将导致颗粒食品的传热、传质效率增大,在相同加热时间下颗粒食品内部中心温度上升加快,内部水分含量相对更高。数学模型的构建可高效、低成本的获得原料特性及烹饪操作对烹饪原料热/质传递规律的影响,为烹饪操作的工艺优化及科学指导提供技术手段。