鱼类介电特性及射频解冻工艺研究

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本文的研究旨在为鱼类介电特性、添加物检测以及射频解冻技术的推广作出贡献。介电特性描述了处于电磁场中的物质与电磁波相互作用的能力。对食品介电特性,尤其是其射频(300 k Hz~300 MHz的电磁波)和微波(300 MHz~300GHz的电磁波)介电特性的研究,使得从20世纪40年代开始出现了一种不同于传统的对流、传导和辐射加热的方法:介电加热。随后,食品的介电特性和微波加热设备的研发成为研究的焦点。对食品介电特性的研究,有助于了解食品在电场中的介电行为,为充分利用能源,研发更经济的介电加热设备提供基础。食品的介电特性与成分,例如水、盐、脂肪以及食品的结构等有关,因此介电特性还可用于食品的检测和食品的加工过程,为国内食品介电特性领域的研究提供借鉴。其中射频加热作为一种介电加热技术,具有加热速度快,加热均匀,穿透性强以及低能耗等突出优点,是一种很有前景的食品加工技术。射频加热不仅可以用于食品的加热和干燥,在食品解冻方面也有很好的表现。本论文包括介电特性的基本概念、影响因素及相关应用,射频解冻技术在鱼类产品中的运用以及对射频解冻的未来展望。介电加热已有关于水产品解冻及蒸煮过程的应用研究。然而,不同种类间鱼的介电特性差异会极大地影响加热速率和均匀性。因此第二章研究了两种海水鱼(鲳鱼、带鱼)和两种淡水鱼(鳊鱼和鲫鱼)在-20~100°C下1-2500 MHz频率范围内的介电特性,结果表明:在1-2500 MHz的频率范围内,四种鱼的介电常数(ε’)和介电损耗因子(ε")均随频率的增加而减小。27.12和40.68 MHz下的介电常数随温度的升高而增大,915和2450 MHz下的介电常数随温度升高先迅速增大后减小。由于不同鱼种组成的差异,带鱼的介电常数增幅最大,其次是鳊鱼、鲫鱼和鲳鱼;带鱼的介电损耗因子增幅最大,其次是鲳鱼、鳊鱼和鲫鱼。因此,不同种类的鱼在不同频率下的介电加热过程可能有很大的不同。此外,在27.12 MHz下观察到所有鱼类的介电特性差异最显著,这表明,根据鱼类的介电特性,该频率可能是最适合鱼类检测的频率。食品的介电特性受其组分、测量频率影响,因此可以运用介电特性预测特定食品中的添加物及含量。因此第三章以鲢鱼鱼糜及鱼糜制品为研究对象,以抗冻剂、玉米淀粉、大豆分离蛋白(soybean protein isolate,SPI)为添加物,研究在一定频率范围内(1-2500 MHz),抗冻剂(0.3%)、SPI含量(0%、3%、6%、9%、12%)、淀粉含量(0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%)对鱼糜及鱼糜制品介电特性的影响规律。结果表明,在所测频率范围内,鲢鱼鱼糜的介电常数(ε’)和介电损耗因子(ε")均随频率的增大而减小。添加抗冻剂的鲢鱼鱼糜的ε’在27.12、40.68、915 MHz三个特定频率下均高于未添加抗冻剂的鲢鱼鱼糜的ε’,在2450 MHz频率下无明显区别;添加抗冻剂的鲢鱼鱼糜的ε"在所测频率范围内均高于未添加抗冻剂的鲢鱼鱼糜的ε"。鲢鱼鱼糜的ε’在低频(27.12和40.68 MHz)下随SPI含量的增加而减小,高频(915和2450 MHz)下随SPI含量的增加而增大,ε"随SPI含量的增加均呈下降趋势。鲢鱼鱼糜的ε’和ε"随淀粉含量增加的变化趋势与随SPI含量增加的变化趋势相同。鱼糜制品的ε’和ε"随淀粉含量增加的变化趋势与鱼糜的ε’和ε"随淀粉含量增加的变化趋势相同,但低频(27.12和40.68 MHz)下鱼糜制品的ε’高于鱼糜,高频(915和2450MHz)下在0-20%淀粉含量范围内鱼糜制品的ε’高于鱼糜,25%-30%范围内反之;在所测频率范围内,鱼糜制品的ε"均低于鱼糜。在特定频率下建立了鲢鱼鱼糜的ε’和ε"随SPI或玉米淀粉含量变化的多项式拟合方程,可用于鲢鱼鱼糜添加物含量的预测及其添加物含量无损检测设备的开发。目前,空气、水、真空、高压、微波、红外线等的不同加热系统已应用于解冻冷冻水产品,但存在着加热速度慢、质量损失高、微生物腐败、化学腐败、过热和成本高等问题。射频解冻是一种新型的介电加热技术,因为电场不断变化导致离子总是向带有相反电荷的方向运动,使得离子间不断碰撞摩擦生热,导致电磁能直接转化为热能,可以较好地保持冷冻水产品的品质,同时获得较快的解冻速率。其中食品的介电特性、形状和尺寸、平行电极板之间的位置和距离以及输入功率等是影响射频解冻温度均匀性的重要因素。为了研究射频解冻相比于传统静水解冻在解冻水产品方面的优势,第四章研究了射频解冻罗非鱼鱼片在不同输入功率(600 W、800 W、1000 W)和不同极板间距(10 cm、12 cm、14 cm)条件下的解冻特性以及解冻品质,与静水解冻(有无包装)进行对比,得出以下结论:与静水解冻相比,射频解冻的解冻损失率小,解冻后样品表面温度分布更均匀。从蒸煮损失率、p H值、持水力等指标来看,静水解冻和射频解冻都能较好地保持鱼肉品质。开启传送带后,在移动条件下,解冻后样品表面的温度均匀性比静止解冻略有改善,对鱼肉品质没有较大影响。
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