微波真空浓缩设备的设计及其在酶溶液与食品浓缩中的应用研究

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本文首先研究了微波处理对木瓜蛋白酶和纤维素酶活性的影响规律,将微波加热技术与传统真空浓缩技术相结合,在对腔体内的电磁场分布进行仿真模拟分析的基础上,设计出一款新型的微波真空浓缩设备。而后,将所设计的设备应用于木瓜蛋白酶和纤维素酶溶液的浓缩,探讨微波真空浓缩过程对酶活性的影响,同时,也探讨了该设备在橙汁和红糖溶液浓缩中的应用。主要研究结果如下:(1)采用不同微波温度条件对木瓜蛋白酶和纤维素酶溶液进行处理,发现,热效应是造成酶失活的主要因素。经微波处理后,木瓜蛋白酶的活性随酶液浓度增大而增大,这主要与酶分子间形成二硫键有关;而纤维素酶活性则随浓度的增大而减小。两种酶的稳定pH值均没有发生变化。通过紫外光谱和荧光光谱分析,发现,微波处理改变了木瓜蛋白酶分子的构象,而对纤维素酶的影响主要是对其主链结构实施的。此外,一定浓度的EDTA二钠盐在微波处理过程中能有效保护木瓜蛋白酶的活性。(2)对微波真空浓缩设备腔体内的电磁场分布进行了仿真模拟。在不考虑刮板和转轴的情形下,单个磁控管运行时,谐振腔体内的电磁场强度分布呈现不均匀性。;当四个磁控管同时运行时,均匀性较单个磁控管运行时得到了明显改善;通过定义和计算端口的返回功率比Ps值,可初步判断,谐振腔体尺寸大小及磁控管安放位置是基本合理的。在考虑刮板运行的情形下,不难发现刮板对电磁场的分布具有“搅拌”作用,这种“搅拌”作用可在一定程度上使电磁场分布更均匀。当以水膜作为负载时,由于其对微波能具有吸收作用,与空载时相比,电压驻波比(VSWR)和Ps值均有所减小。(3)通过将微波加热技术与传统真空浓缩技术相结合,设计出一款适用性广、自动化程度高的微波真空浓缩设备。设备采用FX2N-60MR-001单片机作为PLC控制系统,可对微波输出功率和刮板转速进行线性调节,对温度和真空度进行两点式调节,实现自动化控制,且控制系统设计具有先进性。所设计的设备在浓缩技术上具有独创性。(4)通过对微波真空浓缩木瓜蛋白酶和纤维素酶溶液的过程进行研究,获得在不同微波输出功率条件下的蒸发速率曲线和温升曲线。结果表明,两种酶的酶活回收率主要与处理时间有关,与微波输出功率无关,而搅拌速率对酶活回收率的影响不明显。木瓜蛋白酶溶液在pH7.0介质体系中,能获得最大的酶活回收率,并随着进料浓度的提高,其酶活回收率也随之提高。此外,一定浓度的EDTA二钠盐介质体系能有效提高木瓜蛋白酶酶活回收率。而在对纤维素酶的微波真空浓缩过程的研究中发现,不同进料浓度和不同pH介质体系对酶活回收率影响较小。(5)通过对微波真空浓缩橙汁及红糖溶液进行研究,结果表明,经过微波真空浓缩处理后,橙汁和红糖溶液的亮度L*均稍有减弱,红度a*和黄度b*也都略有减小,但变化幅度不大,能较好地保持橙汁和红糖溶液的色泽。鲜榨橙汁经过微波真空浓缩处理后,不同营养成分的回收率存在着差异。蛋白质、氨基酸以及还原糖的相对含量最高,达到90%左右,总糖次之,维生素C的相对含量较小,只有约60%。各种营养成分的相对含量与物质的热稳定性有关。而经过微波真空浓缩处理后,红糖溶液中总糖和还原糖的相对含量均超过80%。
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