【研究背景及目的】作为一种新型节能方法,最近通电加热引起了食品行业的兴趣。因为在热加工中最主要的关键因素是加热履历和温度分布。在通电加热过程中还要需要特别考虑电流的分布,多相或多组分的复合食品加热后温度分布不均匀的情况表明了调查复杂食品体系热行为的重要性。然而,对于多组分食品特别是固体复合食品并没有足够有效的研究数据。因此,模拟具有不同电气特性的固体食品在通电加热过程中的热行为是一个很大的挑战。本研究研究了设计了四个典型的固体复合食品体系:并联、串联和两种四周包围的体系,分别是外层电导率高和外层电导率低,同时研究了这四种体系通电加热过程中的温度分布和加热特性。并且用求解麦克斯韦方程组代替传统用焦耳定律来解析通电加热,用一种基于电磁场分析的全新的方法预测了通电加热过程中食品的发热量。【材料与方法】1、电导率的测定电导率,σ(S m^-1)是数学模拟中的一个重要参数,可以由电感电容电阻测量计（Hi TESTER3532-50,HIOKI Co.Ltd.,Japan）测量出的阻抗计算得到。本研究分别考察了土豆泥和含1 wt%Na Cl的土豆泥（含水量均为80 wt%）的电导率。这两种成分用来组成四种食品体系,在20-80℃的水浴条件下每隔5℃测量一次电导率。2、通电加热后温度分布的考察研究了通电加热后四种填充方式食品体系的温度分布。在通电加热过程中,通电加热装置（FJB-55,Frontier Engineering Co.Ltd.,Japan）提供电压为50 V,频率为20 k Hz的交流电源。通电加热一定时间后,用红外成像仪（TH7102WV,NEC San-ei Instruments,Ltd.,Japan）拍摄样品中心横切面的热图,并与温度分布的模拟结果进行比对。3、建立温度分析的3D有限元模型用基于有限元法的两款商业软件包,FEMAP（V10.2,Siemens PLM Software Inc.,USA）和PHOTO-Series（V7.2,PHOTON Co.Ltd.,Japan）建立了几何模型并进行了温度预测。通过求解麦克斯韦方程组分析了电磁场从而预测了单位体积的内部发热量(Q,J s^-1 m^-3)。【结果与讨论】在通电加热过程中,电导率（σ）是影响电流分布的关键因素。温度升高对于离子移动的阻力变小,因此实验结果显示电导率与温度具有线性上升关系并且得出了经验公式。同时发现,导电率也具有频率依存性,两者具有对数函数的关系。另外,在一定范围内,电导率随着盐含量的增加而增加。从温度分布的研究中可以看出,在通电加热过程中,不同的组分以及它们在加热器中的排列方式对温度分布具有显著影响。如在并联和串联模型中,温度分布具有完全相反的影响。在并联电路中,中间填充土豆泥的部分比周围填充含盐土豆泥的部分低,这是因为电流比较容易通过导电率高的组分。相反地,在串联连接时,填充土豆泥的部分比周围填充含盐土豆泥的部分温度高,这是因为在串联电路中,流经每个组分的电流是相同,而土豆泥具有相对较大的阻抗,所以发热量大温度较高。另外,本研究建立了基于麦克斯韦方程组的3D有限元模型成功模拟了通电加热过程中固体复合食品的温度分布,实验现象和模拟结果具有良好的一致性。这一结果暗示了通电加热通过电极配置提高固体复合视频温度分布均匀性的潜在应用。