食品物性學-食品的電物性及其應用

1、2021/3/111 第八章 食品的電物性及其應用 v 概述概述 v 食品基本電物性及其測定食品基本電物性及其測定 v 食品加工中電物性的利用原理和方法食品加工中電物性的利用原理和方法 n 靜電場處理靜電場處理 n 電滲透脫水電滲透脫水 n 通電加熱通電加熱 n 微波加熱微波加熱 n 遠紅外線加熱遠紅外線加熱 n 電脈沖殺菌電脈沖殺菌 2021/3/112 第一節(jié) 概 述 1、研究食品電物性的意義、研究食品電物性的意義 n 電物理加工方法能滿足食品加工中對食品資源充分利用的電物理加工方法能滿足食品加工中對食品資源充分利用的 要求，同時也能減少加工中營養(yǎng)損失，并保持生物物質活性。要求，同時也能減

2、少加工中營養(yǎng)損失，并保持生物物質活性。 n 使用電場或電磁場有可能對構成食品的最小單位進行最富使用電場或電磁場有可能對構成食品的最小單位進行最富 效果的加工處理。效果的加工處理。 n 電磁場的生物效應在生鮮食品的儲藏保鮮方面顯示了巨大電磁場的生物效應在生鮮食品的儲藏保鮮方面顯示了巨大 的潛力。的潛力。 n 由于化石燃料能源的不可再生性，電力在食品工業(yè)能耗中由于化石燃料能源的不可再生性，電力在食品工業(yè)能耗中 占有的比例將越來越大。占有的比例將越來越大。 n 電物理特性的檢測對食品加工自動化、品質控制精確化方電物理特性的檢測對食品加工自動化、品質控制精確化方 面提供了重要手段。面提供了重要手段。

3、2021/3/113 第一節(jié) 概 述 2、電物性與食品加工、電物性與食品加工 食品的電磁波處理和加工食品的電磁波處理和加工 2021/3/114 第一節(jié) 概 述 2、電物性與食品加工、電物性與食品加工 食品加工中靜電場的利用食品加工中靜電場的利用 n 靜電是指靜電荷，是電荷在靜止時的狀態(tài)，而靜止電荷所靜電是指靜電荷，是電荷在靜止時的狀態(tài)，而靜止電荷所 建立的電場稱為靜電場，是指不隨時間變化的電場。建立的電場稱為靜電場，是指不隨時間變化的電場。 n 靜電場在食品加工中的應用：靜電場在食品加工中的應用： 清洗凈化：對空氣凈化、對溶質的沉降、食品表面防腐清洗凈化：對空氣凈化、對溶質的沉降、食品表面防

4、腐 劑的噴涂等。劑的噴涂等。 分離：從谷粒、茶葉、油料種子及明膠中除去雜質。分離：從谷粒、茶葉、油料種子及明膠中除去雜質。 改質：靜電防腐、肉制品表面除霉、設備的無拆卸消毒改質：靜電防腐、肉制品表面除霉、設備的無拆卸消毒 殺菌。殺菌。 2021/3/115 第一節(jié) 概 述 2、電物性與食品加工、電物性與食品加工 直流電在食品加工中的應用直流電在食品加工中的應用 n 電滲透：利用食品膠體粒子的荷電性質和動電現(xiàn)象，用電電滲透：利用食品膠體粒子的荷電性質和動電現(xiàn)象，用電 滲透的方法對食品進行固液分離或脫水處理。滲透的方法對食品進行固液分離或脫水處理。 n 電滲析：利用離子交換膜對甜菜糖等加工食品進行

5、凈化處電滲析：利用離子交換膜對甜菜糖等加工食品進行凈化處 理，以及對乳制品中的去鹽、海水淡化等處理。理，以及對乳制品中的去鹽、海水淡化等處理。 n 電泳：牛奶蛋白分離，從懸濁液中使固體粒子沉降。電泳：牛奶蛋白分離，從懸濁液中使固體粒子沉降。 n 電浮選：干物質（蛋白質、脂肪等）的增濃、食品廠排污電浮選：干物質（蛋白質、脂肪等）的增濃、食品廠排污 的凈化和蛋白脂肪回收、酒及其他液態(tài)食品的澄清。的凈化和蛋白脂肪回收、酒及其他液態(tài)食品的澄清。 2021/3/116 第二節(jié) 食品基本電物性及其測定 1、食品的電物性基礎、食品的電物性基礎 2021/3/117 第二節(jié) 食品基本電物性及其測定 1、食品的

6、電物性基礎、食品的電物性基礎 n 電子位移極化電子位移極化 n 原子極化原子極化 n 取向極化取向極化 n 極化松弛時間：處于極極化松弛時間：處于極 化狀態(tài)的介質，去掉外電場化狀態(tài)的介質，去掉外電場 后，極化消失所需要的時間。后，極化消失所需要的時間。 n 特征頻率：極化松弛時特征頻率：極化松弛時 間的倒數。間的倒數。 2021/3/118 第二節(jié) 食品基本電物性及其測定 1、食品的電物性基礎、食品的電物性基礎 n 極化現(xiàn)象的影響因素：電場強度、電場頻率極化現(xiàn)象的影響因素：電場強度、電場頻率 n 當電場變化時間小于極化松弛時間，即電場頻率大于介質當電場變化時間小于極化松弛時間，即電場頻率大于介

7、質 特征頻率時，極化運動（或偏移）就可能來不及產生。特征頻率時，極化運動（或偏移）就可能來不及產生。 n 介電耗損：當電介質所處的外電場頻率與其自身的特征頻介電耗損：當電介質所處的外電場頻率與其自身的特征頻 率接近時，極化運動對于外電場就會產生滯后，從而引起分率接近時，極化運動對于外電場就會產生滯后，從而引起分 子內摩擦而產熱。（類似于共振頻率）子內摩擦而產熱。（類似于共振頻率） 2021/3/119 第二節(jié) 食品基本電物性及其測定 1、食品的電物性基礎、食品的電物性基礎 n 各種極化的特征頻率：電子極化在紫外線區(qū)域；原子極化各種極化的特征頻率：電子極化在紫外線區(qū)域；原子極化 為紅外、遠紅外區(qū)

8、域；偶極子取向極化主要在微波區(qū)域。為紅外、遠紅外區(qū)域；偶極子取向極化主要在微波區(qū)域。 n 熱輻射熱輻射 n 微波加熱是以水分子的微波加熱是以水分子的 偶極子隨電場轉動得到的分偶極子隨電場轉動得到的分 子內摩擦產生。子內摩擦產生。 n 遠紅外和紅外線加熱則遠紅外和紅外線加熱則 是由原子振動產生的內摩擦是由原子振動產生的內摩擦 所致。所致。 2021/3/1110 第二節(jié) 食品基本電物性及其測定 2、食品電物性的測定和應用、食品電物性的測定和應用 n 介電常數介電常數 n 電導率電導率 2021/3/1111 第三節(jié) 食品加工中電物性的利用原理和方法 n 對食品電物性的利用，除了對食品品質的無損檢

9、對食品電物性的利用，除了對食品品質的無損檢 測或品質分析外，還可用于對食品的加工處理，包測或品質分析外，還可用于對食品的加工處理，包 括靜電場處理、動電處理、通電處理、高頻電場處括靜電場處理、動電處理、通電處理、高頻電場處 理、微波處理、紅外線處理等。理、微波處理、紅外線處理等。 2021/3/1112 1、靜電場處理、靜電場處理 n 應用：靜電凈化、靜電熏制、靜電分離、電處理防腐、靜應用：靜電凈化、靜電熏制、靜電分離、電處理防腐、靜 電撲粉等。電撲粉等。 n 原理：使離子化的氣體在電場內移動，向物質的散體微粒原理：使離子化的氣體在電場內移動，向物質的散體微粒 （塵埃、熏煙等）傳遞電荷，這樣荷

10、電粒子再受到電場作用（塵埃、熏煙等）傳遞電荷，這樣荷電粒子再受到電場作用 從一極向另一極進行定向移動，從而達到加工所需的目的。從一極向另一極進行定向移動，從而達到加工所需的目的。 n 離子化氣體的產生：被激電離法和自激電離法離子化氣體的產生：被激電離法和自激電離法 第三節(jié)第三節(jié) 食品加工中電物性的利用原理和方法食品加工中電物性的利用原理和方法 2021/3/1113 1、靜電場處理、靜電場處理 n 靜電分離裝置示意圖靜電分離裝置示意圖 第三節(jié)第三節(jié) 食品加工中電物性的利用原理和方法食品加工中電物性的利用原理和方法 2021/3/1114 1、靜電場處理、靜電場處理 n 靜電熏制原理：在靜電場內

11、讓熏煙霧粒子向各種食品表面靜電熏制原理：在靜電場內讓熏煙霧粒子向各種食品表面 或內部滲透，達到快速均勻熏制的目的。肉制品的熏制不僅或內部滲透，達到快速均勻熏制的目的。肉制品的熏制不僅 可以改善制品的風味，還可以有效防止氧化和霉變?？梢愿纳浦破返娘L味，還可以有效防止氧化和霉變。 n 優(yōu)點：高效，優(yōu)點：高效，25 min n 缺點：不能起到通常煙熏那樣的干燥效果，還要配以微波缺點：不能起到通常煙熏那樣的干燥效果，還要配以微波 或遠紅外處理?；蜻h紅外處理。 第三節(jié)第三節(jié) 食品加工中電物性的利用原理和方法食品加工中電物性的利用原理和方法 2021/3/1115 1、靜電場處理、靜電場處理 n 靜電成型

12、及撒粉裝置原理：植物油先成為荷電粒子，在電靜電成型及撒粉裝置原理：植物油先成為荷電粒子，在電 場中飛向加熱轉筒表面，形成油層；面粉和其他原料液滴形場中飛向加熱轉筒表面，形成油層；面粉和其他原料液滴形 成的荷電粒子在電極之間的空間內交叉混合，噴向轉筒表面，成的荷電粒子在電極之間的空間內交叉混合，噴向轉筒表面， 形成一定厚度的帶狀料坯。形成一定厚度的帶狀料坯。 n 靜電成型及撒粉裝置示意圖：靜電成型及撒粉裝置示意圖： 第三節(jié)第三節(jié) 食品加工中電物性的利用原理和方法食品加工中電物性的利用原理和方法 2021/3/1116 2、電滲透脫水、電滲透脫水 n 原理：蛋白質原理：蛋白質電位和周圍離子氣氛的存

13、在，使固液界面電位和周圍離子氣氛的存在，使固液界面 產生雙電層粒子分布現(xiàn)象，即液體帶有與蛋白質膠粒等量而產生雙電層粒子分布現(xiàn)象，即液體帶有與蛋白質膠粒等量而 符號相反的過剩電荷。當有靜電場存在時，液體受自身所帶符號相反的過剩電荷。當有靜電場存在時，液體受自身所帶 電荷影響而運動。電荷影響而運動。 n 應用應用 第三節(jié)第三節(jié) 食品加工中電物性的利用原理和方法食品加工中電物性的利用原理和方法 2021/3/1117 3、通電加熱、通電加熱 n 重要性：食品的均勻加熱是工程上的一大難題。微波加熱重要性：食品的均勻加熱是工程上的一大難題。微波加熱 存在透入深度的問題。存在透入深度的問題。 n 適用性：

14、不適用于不導電、極低水分或干燥狀態(tài)的食品。適用性：不適用于不導電、極低水分或干燥狀態(tài)的食品。 n 原理：歐姆加熱原理：歐姆加熱 n 注意：直流電會引起食品組分的電解變質，還會使電極發(fā)注意：直流電會引起食品組分的電解變質，還會使電極發(fā) 生電解腐蝕，造成食品重金屬離子污染，因此一般用交流電。生電解腐蝕，造成食品重金屬離子污染，因此一般用交流電。 n 應用應用 第三節(jié)第三節(jié) 食品加工中電物性的利用原理和方法食品加工中電物性的利用原理和方法 2021/3/1118 4、微波加熱、微波加熱 n 微波：頻率微波：頻率300300000MHz的電磁波，波長的電磁波，波長3 nm3 pm。 n 原理：偶極子的

15、取向極化，水分、蛋白、脂肪、糖等都會原理：偶極子的取向極化，水分、蛋白、脂肪、糖等都會 發(fā)生極化反應。發(fā)生極化反應。 n 特點：加熱的選擇性；穿透特性特點：加熱的選擇性；穿透特性 n 缺陷：加熱不均勻缺陷：加熱不均勻 微波加熱的選擇性微波加熱的選擇性 微波雖具有好的穿透性，但實際加熱中受反射、穿透、微波雖具有好的穿透性，但實際加熱中受反射、穿透、 折射吸收等影響，使各部分產生的熱量不同。折射吸收等影響，使各部分產生的熱量不同。 電場的尖角集中效應，即棱角效應。電場的尖角集中效應，即棱角效應。 第三節(jié)第三節(jié) 食品加工中電物性的利用原理和方法食品加工中電物性的利用原理和方法 2021/3/1119

16、 5、遠紅外線加熱、遠紅外線加熱 n 近紅外的波長近紅外的波長0.781.4 m；中紅外的波長；中紅外的波長1.43 m；遠紅；遠紅 外外3 m1mm。 n 原理：食品材料電磁波吸收峰值多集中在原理：食品材料電磁波吸收峰值多集中在220 m 的遠紅的遠紅 外波長范圍。外波長范圍。 n 特點：特點： 加熱時不必有熱源或傳熱介質，不受氣流影響，速度快加熱時不必有熱源或傳熱介質，不受氣流影響，速度快 促進食品的成熟（陳化）促進食品的成熟（陳化） 能量低，不會引起物質的化學變化能量低，不會引起物質的化學變化 n 缺陷：輻射深度淺缺陷：輻射深度淺12mm。 第三節(jié)第三節(jié) 食品加工中電物性的利用原理和方法食品加工中電物性的利用原理和方法 2021/3/1120 6、電脈沖殺菌、電脈沖殺菌 n 脈沖電場脈沖電場(pulsed electric field, PEF)：對流經兩電極間的：對流經兩電極間的 液態(tài)或半液態(tài)物料施加一定頻率的高電壓短脈沖放電，使物液態(tài)或半液態(tài)物料施加一定頻率的高電壓短脈沖放電，使物 料中微生物死滅的處理技術。料中微生物死滅的處理技術。 n 原理：破壞微