食品的歐姆加熱

食品的歐姆加熱

食品的歐姆加熱是利用食品物料的電導特性來加工食品的技術。由於食品本身具有介電性質,當電流通過食品時,電能將在食品內部轉化為熱能,使食品溫度升高,從而達到直接均勻加熱殺菌的目的。食品歐姆加熱技術由於具有物料升溫快、加熱均勻、無污染、易操作、熱能利用率高、加工食品質量好等優點,近年來逐漸引起國內外食品科學工作者的關注。

基本介紹

  • 中文名:食品的歐姆加熱
  • 外文名:Ohmic heating of food
  • 電導方式:離子的定向移動
  • 主要套用:殺菌,解凍,漂燙
原理,直流歐姆加熱,交流歐姆加熱,特點,加熱速度快,加熱均勻,能量利用率高,套用,殺菌,解凍,漂燙,存在的問題,

原理

歐姆加熱又稱電阻加熱,焦耳加熱或電子加熱。其主要原理是把物料作為電路中的一段導體,利用50~60Hz的低頻交流電源提供電流,在所要加熱的食品內部產生熱量。其電導方式是離子的定向移動,如電解質溶液或熔融的電解質等。當溶液溫度升高時,由於溶液的黏度降低,離子運動速度加快,水溶液中離子水化作用減弱,其導電能力增強。由於大多數食品含有可電離的酸和鹽,當在食品物料的兩端施加電場時,食品物料中通過電流並使其內部產生熱量。當物料不導電時,此方法不適用。對於極低水分、乾燥狀態的食品,這種方法也不適用。

直流歐姆加熱

電阻為R的材料兩端加上電壓為V的直流電源,電位差減小導致電載體發生移動,產生的熱量與能量P 相當:
上式表明,當外加電壓一定時,電阻越小,發熱量越大。因此,在採用歐姆加熱時,為了獲得充分大的發熱量,有必要將電阻值減小到一定程度。由於食品、食品原料中含有各種電解質,其電阻很小,所以發熱量很大。利用直流電不僅會引起食品成分的電解變質,還會使電極很快發生電解腐蝕,食品被金屬離子污染。所以直流歐姆加熱用於殺菌比較有效。
直流歐姆加熱直流歐姆加熱

交流歐姆加熱

在材料兩端加上交流電後,電場方向將隨電流的頻率反覆改變,電載體往復運動。若用R表示試料的純電阻,如下式所示,交流電加熱時的發熱量與交流電的頻率無關(取電壓與電流的波峰值時,將發熱量乘以係數1/2),而與電阻成反比,則:
套用交流電加熱的實際經驗表明:當交流電的頻率變化時,物料的升溫速度變化很大。在食品加熱中一般採用交流歐姆加熱,其發熱量為:
。食品各部分的加熱速度為:
套用交流電加熱的實際經驗表明:當交流電的頻率變化時,物料的升溫速度變化很大。在食品加熱中一般採用交流歐姆加熱,其發熱量為:食品各部分的加熱速度為:式中:CP 為各部分物料比熱容,J/(kg·C);ρ為物料密度,kg/m3 ;R 為電阻,Ω;gradu 為任一點處的電位梯度,V/m;T為溫度,℃;t為時間,s。
交流歐姆加熱交流歐姆加熱

特點

歐姆加熱是物料直接將電能轉化為熱能的過程,不需要物體表面和內部存在的溫度差作為傳熱的推動力,而是在物料的整個體積內自身產生熱量,故稱為體積加熱法或內部加熱法。歐姆加熱具有以下特點:

加熱速度快

加熱速度即單位時間內物料升高的溫度,它取決於單位時間內物料獲得熱量的多少。食品物料的電導率是影響加熱速度的主要因素,電導率越大,加熱速度越快;食品的pH值對加熱速度也有一定影響,pH值越小,酸性越強,電導率越大,加熱速度越快。歐姆加熱的加熱速度遠遠大於傳統加熱方式的加熱速度,用歐姆加熱進行解凍與傳統的解凍方法相比能夠節約40%~50% 的時間。食品加熱處理的時間不宜過長,否則易造成食品營養成分的損失。歐姆加熱大大提高了加熱速度,能夠生產出質量更好的食品。

加熱均勻

歐姆加熱是由導電溶液中電流的通過而使物料在整個體積內自身產生熱量,特別是對於含有較大顆粒的液態物料或含有細小顆粒的固液混合物。食物塊加熱時不經受從容器外層到中心的溫度梯度,可實現固體和液體的同時升溫,與傳熱加熱相比,可有效避免液體部分過熱。利用脈衝電場對具有軟包裝的食品進行加熱,可以使未受熱面積減少到總面積的2%以下,表明採用該方法對食品進行加熱可以使物料均勻受熱,所得產品營養成分損失少,品質高。

能量利用率高

傳統加熱方式要通過加熱介質對物料進行加熱,在加熱過程中有大量熱量損失,而通電加熱方式通過食品自身的電導特性直接把電能轉化成熱能,能量利用率高,節約能源。在直接接觸式通電加熱裝置中,由於沒有浸泡介質消耗能量,電能利用率更高。在電源切斷後,加熱過程沒有滯後現象、熱損失非常低。此外,通電加熱可以對大體積和不規則物料進行均勻加熱,而不損壞物料的品質。

套用

歐姆加熱技術是食品加工技術的一項新技術,可用於食品的殺菌、解凍、漂燙等。 根據歐姆加熱的特點,適合於帶有一定粘度產品的加熱和殺菌處理。目前,歐姆加熱主要用於液體及固液混合物的殺菌、低酸性方便肉製品、整粒草莓、魚糜製品、豆腐等的加工以及肉的解凍等。

殺菌

殺菌是歐姆加熱技術在食品中的主要套用。在歐姆加熱套用的早期,因為還沒有無菌包裝技術,所以歐姆加熱技術只用於罐頭食品的滅菌和一些產品的巴氏殺菌。但由於罐頭食品滅菌操作時需要特製的罐,因此沒能成功套用於生產。歐姆加熱技術首先取得成功套用是在乳品工業中。目前,在帶顆粒食品滅菌方面的套用和研究越來越多。歐姆殺菌技術適於處理粘度較高的液體物料,並可以含有一些顆粒,如肉湯、布丁的商業無菌處理。同時,這一技術還用於一些高粘度物料的消毒,如液態蛋製品、果汁的巴氏殺菌,並與無菌灌裝系統進行連用,以加強這些產品的貨架穩定性。最新的歐姆加熱裝置,採用快速真空冷卻技術可以有效地降低殺菌過程中的加熱強度;通透電極冷熱雙層對流技術,解決了電極和壁面結垢問題,加強了歐姆殺菌的操作連續性 。 利用歐姆加熱技術對牛奶進行殺菌處理,可使牛奶達到完全無菌狀態。目前,也有用歐姆加熱用於濃縮蘋果汁加工
中耐熱菌 (酸土芽孢桿菌)的殺滅的研究,歐姆加熱可有效殺滅蘋果汁中的酸土脂環芽孢桿菌,既保持了良好的果汁質量,又不會使耐熱菌超標。

解凍

冷凍食品最終質量不僅取決於冷凍技術,而且取決於解凍技術。歐姆加熱解凍是利用冷凍食品的電導特性,在電流通過冷凍食品物料內部時產生熱量。 一般冷凍食品中,仍有5%~10%的水以較高濃度的溶液形式存在,這使通電加熱具有可能性。

漂燙

歐姆加熱技術用於食品漂燙主要是可縮短漂燙時。20世紀70年代,商業化漂燙的歐姆加熱系統 OSCO就已經成功開發。

存在的問題

歐姆加熱技術在美國、英國和日本正處於推廣套用及新型設備的開發研究階段,而我國還處於剛剛起步階段。歐姆加熱有很多優點,但在推廣套用過程中,也存在著一些障礙,目前該技術在研究套用中存在的主要問題有:
(1) 加熱速度的控制;(2)對於非均質的複雜食品物質,各部分電阻都不同,在通電時內部電流能否均勻分布成為影響加工品質的關鍵 ;(3)在接觸式歐姆加熱解凍中,應研製一種耐腐、無污染的電極與物料接觸,避免產生電流集中現象,引起局部過熱;在浸泡式歐姆加熱解凍中,浸泡介質的電導率是影響解凍速率和物料內部溫度分布均勻性的重要因素,其影響機理尚不明確,有待進一步研究 ;(4)顆粒殺菌值的評估與計算問題尚未很好解決 ;(5)顆粒食品的輸送、混合及如何平均地充填於每一容器中等技術問題 ;(6)含顆粒食品的密度過大或過小難以保障加熱效果。
同時,歐姆加熱設備的投資較大,現在的電力價格還較高,導致套用成本較高。目前人們對食品歐姆加熱的認識尚不充分,商業套用尚不廣泛。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們