南极磷虾虾砖的通电解冻特性和鰤鱼的通电加热模拟研究

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通电加热又称欧姆加热,是一种内部热能生成的电加热技术。近年来,通电加热技术因其高能量转换率,较好的加热均匀性,快速的发热能力等优势,被逐渐运用在水产品加工研究中。其发热率取决于施加的电压梯度和水产品的导电性。南极磷虾(Euphausia superba),属于磷虾科、磷虾属虾类,是南极洲水域生态系统的一类重要生物资源。具有广阔的市场前景及开发价值。南极磷虾经捕捞后会迅速冻结由冷链运输到内陆,再进行深加工。南极磷虾在深加工之前会经历解冻过程,合理的解冻方式对南极磷虾虾砖深加工的各方面品质非常重要。目前,关于南极磷虾的解冻方式研究主要集中在常规的解冻方式对南极磷虾的影响,关于新型解冻技术,如通电解冻技术对南极磷虾的影响有待进一步研究。本文以南极磷虾虾砖为研究对象之一,考察通电解冻下温度、频率、不同部位、电流方向对南极磷虾虾砖电导率的影响,以及通电解冻过程中南极磷虾虾砖的解冻曲线及温度分布,考察其解冻均匀性。比较了不同解冻方式对南极磷虾的影响。为通电解冻技术在南极磷虾产业运用和开发提供理论依据。鰤鱼(Seriola quinqueradiata)是重要的商业鱼类之一,是日本常见的养殖鱼类,产量极高,营养丰富,含大量必需氨基酸。鰤鱼的肌肉由白色肌肉和红色肌肉组成,其红色鱼肉十分美味。目前,未见通电加热技术在鰤鱼方面的应用。本研究以鰤鱼为研究对象,考察高频下(20 k Hz)不同形状和尺寸的鰤鱼鱼片在批量和拟连续通电加热过程中的温度分布。研究了不同电压梯度对鰤鱼通电加热温度分布的影响。使用三维模型建模,基于麦克斯韦方程组,采用有限元方法模拟了鰤鱼的通电加热过程的热行为。为提高通电加热装置生产效率和性能提供潜在价值。1.考察了不同解冻温度(-20、-10、-7、-5、-3、-2、-1、0℃)和频率(50 Hz-20 k Hz)下南极磷虾虾砖、南极磷虾各部位(虾壳、虾头、虾肉)、南极磷虾虾砖的液体的电导率变化。对比分析了电流方向对通电解冻南极磷虾电导率的影响。加热过程中,升温,频率升高南极磷虾虾砖电导率随之增大。在较低温度(-20℃~-5℃)下电流方向对样品电导率无显著影响,而在-5℃以上,并联模式电导率高于串联模式。南极磷虾不同部位具有不同电导率(虾头>虾肉>虾壳),各部位的水分含量与脂肪含量的差异是造成电导率不同的原因。2.以南极磷虾虾砖为研究对象,采用不同解冻技术,对南极磷虾虾砖进行解冻,解冻区间为-20℃~0℃。探究其解冻速率、解冻曲线、温度分布的变化情况。研究表明,通电解冻、流水解冻、超声解冻、自然解冻、静水解冻、微波解冻完成时间分别是12、19、36、59、66min和24s。其中,除微波解冻外,通电解冻方式耗时较短,流水解冻、超声解冻、自然解冻、静水解冻耗时分别是通电解冻的1.6、3、4.9、5.5倍。通电解冻后的样品质构指标最接近新鲜样品,微波和自然解冻的质构指标与新鲜样品差异更大。通电解冻和微波解冻处理的样品的储能模量(G’)和损耗模量(G’’)最接近新鲜样品的储能模量和损耗模量,较好的维持了样品的原始凝胶性质。通电解冻的样品蒸煮损失率最低。综合来看,通电解冻能较好的维持南极磷虾的质构特性和凝胶性质。用通电解冻技术加工南极磷虾相关产品是具有意义和价值的。3.考察了不同形状和尺寸的鰤鱼鱼片在批量和拟连续通电加热过程中温度分布。三棱柱鱼片的温度分布比其他样品更均匀。利用基于麦克斯韦方程组的有限元方法,通过电磁场分析软件模拟样品的热行为。开发了3D模型来模拟不同几何样品(例如长方体和三棱柱样品)在通电加热过程中的升温曲线。与实验结果相比,模拟结果具有良好的一致性。模拟通过改变空气热导率的方法,改进了对空气包围的样品的温度分布的分析。研究表明,减少加热时间和增加施加的电压,可以使模拟结果和实验结果误差更低。批量和拟连续通电加热过程中鰤鱼加工的基本数据,以及开发的模型和基本原理都可以为改进通电加热设备性能和提高其生产效率提供参考价值。
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