物料電學(xué)特性

1、第六章 食品的電學(xué)特性及應(yīng)用 1 定義 對(duì)食品電學(xué)性質(zhì)的研究，雖然起步較晚，但隨著食品工業(yè)的發(fā)展，近年越來越受到重視。食品電學(xué)性質(zhì)主要是指：食品及其原料的導(dǎo)電特性、介電特性，以及其它電磁和物理特性。第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念2 2 電學(xué)性質(zhì)的研究領(lǐng)域主要有兩個(gè)方面：電學(xué)性質(zhì)的研究領(lǐng)域主要有兩個(gè)方面： 2.1 2.1 食品品質(zhì)狀態(tài)的監(jiān)控食品品質(zhì)狀態(tài)的監(jiān)控 食品的狀態(tài)、成分變化往往反映在其電學(xué)性質(zhì)的變化食品的狀態(tài)、成分變化往往反映在其電學(xué)性質(zhì)的變化上。用電測(cè)傳感器的方法把握食品的特性，成了一些上。用電測(cè)傳感器的方法把握食品的特性，成了一些食品工廠邁向自動(dòng)化、效率化、規(guī)模化生產(chǎn)的重要手食品工廠邁

2、向自動(dòng)化、效率化、規(guī)模化生產(chǎn)的重要手段。所謂段。所謂“機(jī)電一體化機(jī)電一體化”技術(shù)，其中許多測(cè)控部分都技術(shù)，其中許多測(cè)控部分都是利用了食品的電性學(xué)性質(zhì)。尤其是在食品的非破壞是利用了食品的電性學(xué)性質(zhì)。尤其是在食品的非破壞檢測(cè)方面，電學(xué)性質(zhì)尤為重要。檢測(cè)方面，電學(xué)性質(zhì)尤為重要。2.2.2.2.電磁物理加工電磁物理加工 用電磁物理技術(shù)對(duì)食品進(jìn)行加工處理，這方面的技術(shù)用電磁物理技術(shù)對(duì)食品進(jìn)行加工處理，這方面的技術(shù)主要有：靜電電場(chǎng)處理技術(shù)、電磁波加工（遠(yuǎn)紅外、主要有：靜電電場(chǎng)處理技術(shù)、電磁波加工（遠(yuǎn)紅外、微波、重疊波等）技術(shù)、通電加熱技術(shù)、電微波、重疊波等）技術(shù)、通電加熱技術(shù)、電滲滲透脫水透脫水技術(shù)、電磁

3、場(chǎng)處理技術(shù)等。技術(shù)、電磁場(chǎng)處理技術(shù)等。3電學(xué)特性分類電學(xué)特性分類從廣義上說，物料的電學(xué)特性可分為二類。從廣義上說，物料的電學(xué)特性可分為二類。 一類是主動(dòng)電特性一類是主動(dòng)電特性: :在物料內(nèi)部存在某種能量而在物料內(nèi)部存在某種能量而產(chǎn)生電位差，例如生物物料中的生物電位差；產(chǎn)生電位差，例如生物物料中的生物電位差； 另一類是被動(dòng)電特性另一類是被動(dòng)電特性, ,指影響物料所在空間的電指影響物料所在空間的電磁場(chǎng)及電流分布的一些特性，例如電阻、電導(dǎo)、介電磁場(chǎng)及電流分布的一些特性，例如電阻、電導(dǎo)、介電特性等。特性等。 本章主要討論后一類電學(xué)特性。本章主要討論后一類電學(xué)特性。4 4食品電學(xué)特性研究的意義食品電學(xué)特

4、性研究的意義(1)(1)食品加工中對(duì)食物資源充分利用的要求越來越高，同時(shí)也要求減少加工食品加工中對(duì)食物資源充分利用的要求越來越高，同時(shí)也要求減少加工中營(yíng)養(yǎng)損失和生物活性物質(zhì)活性的降低。而傳統(tǒng)的加工方法要達(dá)到以上中營(yíng)養(yǎng)損失和生物活性物質(zhì)活性的降低。而傳統(tǒng)的加工方法要達(dá)到以上要求，十分困難。要達(dá)到這一目的，只有發(fā)現(xiàn)全新的加工原理和開發(fā)新要求，十分困難。要達(dá)到這一目的，只有發(fā)現(xiàn)全新的加工原理和開發(fā)新的技術(shù)。電物理加工方法正是在這種形勢(shì)下出現(xiàn)的一種最有前途的加工的技術(shù)。電物理加工方法正是在這種形勢(shì)下出現(xiàn)的一種最有前途的加工新技術(shù)。新技術(shù)。(2)(2)構(gòu)成食品的分子或粒子，大都具有某種荷電的性質(zhì)。因此，

5、使用電場(chǎng)或構(gòu)成食品的分子或粒子，大都具有某種荷電的性質(zhì)。因此，使用電場(chǎng)或電磁場(chǎng)有可能對(duì)構(gòu)成食品的最小單位進(jìn)行最富效果的加工處理。電磁場(chǎng)有可能對(duì)構(gòu)成食品的最小單位進(jìn)行最富效果的加工處理。(3)(3)屬于生鮮食品的水果、蔬菜、種子等在貯藏流通中，電磁場(chǎng)對(duì)其生理活屬于生鮮食品的水果、蔬菜、種子等在貯藏流通中，電磁場(chǎng)對(duì)其生理活動(dòng)進(jìn)行有效的控制往往是保鮮的主要手段。這種生理作用己經(jīng)被證實(shí)具動(dòng)進(jìn)行有效的控制往往是保鮮的主要手段。這種生理作用己經(jīng)被證實(shí)具有巨大潛力。有巨大潛力。(4)(4)由于化石燃料能源的不可再生性，從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，電力將越來越在食品由于化石燃料能源的不可再生性，從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，電力將越來越在

6、食品工業(yè)的能耗中占有更大的比例。加之電能有方便、衛(wèi)生、易控制等特點(diǎn)，工業(yè)的能耗中占有更大的比例。加之電能有方便、衛(wèi)生、易控制等特點(diǎn)，所以在加熱、殺菌、干燥等耗能較高領(lǐng)域，食品的電物理加工將逐步取所以在加熱、殺菌、干燥等耗能較高領(lǐng)域，食品的電物理加工將逐步取代利用其他能源的技術(shù)。代利用其他能源的技術(shù)。(5)(5)電物理特性的檢測(cè)，對(duì)食品加工自動(dòng)化、品質(zhì)控制精確化提供了重要手電物理特性的檢測(cè)，對(duì)食品加工自動(dòng)化、品質(zhì)控制精確化提供了重要手段。段。5 5食品電學(xué)特性的應(yīng)用概況食品電學(xué)特性的應(yīng)用概況6 6食品電學(xué)特性加工的課題食品電學(xué)特性加工的課題 (1) (1)食品的電特性與其組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)

7、性食品的電特性與其組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)等的相互關(guān)聯(lián)和影響質(zhì)等的相互關(guān)聯(lián)和影響; ; (2)(2)作為濃縮能源的電力，在食品工程傳熱傳質(zhì)操作中作為濃縮能源的電力，在食品工程傳熱傳質(zhì)操作中的合理應(yīng)用方法的合理應(yīng)用方法; ; (3)(3)以電力為基礎(chǔ)的食品加工裝置計(jì)算和設(shè)計(jì)理論的建以電力為基礎(chǔ)的食品加工裝置計(jì)算和設(shè)計(jì)理論的建立立; ; (4)(4)利用電學(xué)性質(zhì)對(duì)食品品質(zhì)的檢測(cè)和評(píng)價(jià)利用電學(xué)性質(zhì)對(duì)食品品質(zhì)的檢測(cè)和評(píng)價(jià); ; (5)(5)通過傳統(tǒng)加工方法與電力加工方法的合理組合，使通過傳統(tǒng)加工方法與電力加工方法的合理組合，使電力加工從經(jīng)濟(jì)性、安全性和效率上滿足實(shí)際生產(chǎn)的需電力加工從經(jīng)濟(jì)性、安全性

8、和效率上滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。要。 第二節(jié)食品電學(xué)特性第二節(jié)食品電學(xué)特性 1、什么是電介質(zhì)：一切絕緣體統(tǒng)稱為電介質(zhì)；或、什么是電介質(zhì)：一切絕緣體統(tǒng)稱為電介質(zhì)；或者是在外電場(chǎng)的作用下內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并且反過者是在外電場(chǎng)的作用下內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并且反過來影響外電場(chǎng)的物質(zhì)。來影響外電場(chǎng)的物質(zhì)。 2、為什么要討論電介質(zhì)：電介質(zhì)放入外場(chǎng)后，內(nèi)、為什么要討論電介質(zhì)：電介質(zhì)放入外場(chǎng)后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)受外電場(chǎng)的作用而發(fā)生變化，并且反過來影響部結(jié)構(gòu)受外電場(chǎng)的作用而發(fā)生變化，并且反過來影響外電場(chǎng)，使原來的電場(chǎng)分布發(fā)生變化，同時(shí)也使其它外電場(chǎng)，使原來的電場(chǎng)分布發(fā)生變化，同時(shí)也使其它的物理性能發(fā)生變化。我們有必要對(duì)變化后

9、的物理量的物理性能發(fā)生變化。我們有必要對(duì)變化后的物理量進(jìn)行討論。進(jìn)行討論。 一、電導(dǎo)特性一、電導(dǎo)特性(一一)電阻和電阻率電阻和電阻率歐姆定律指出，導(dǎo)體內(nèi)的電流強(qiáng)度與歐姆定律指出，導(dǎo)體內(nèi)的電流強(qiáng)度與其兩端的電位差成正比其兩端的電位差成正比. V=IR 導(dǎo)體的電阻。電阻及可由下式確定導(dǎo)體的電阻。電阻及可由下式確定 電阻率是表征導(dǎo)體性質(zhì)的一個(gè)物理量，與導(dǎo)體尺寸無關(guān)的量電阻率是表征導(dǎo)體性質(zhì)的一個(gè)物理量，與導(dǎo)體尺寸無關(guān)的量。(二二) 電導(dǎo)和電導(dǎo)率電導(dǎo)和電導(dǎo)率 電導(dǎo)是描述物體傳導(dǎo)電流電導(dǎo)是描述物體傳導(dǎo)電流 性能的物理量。性能的物理量。物體的電導(dǎo)是指該物體所通過電流與該物體所物體的電導(dǎo)是指該物體所通過電流與

10、該物體所加電壓的比值。對(duì)于直流電路而言，這個(gè)數(shù)值加電壓的比值。對(duì)于直流電路而言，這個(gè)數(shù)值就是電阻的倒數(shù)，單位為就是電阻的倒數(shù)，單位為S。電導(dǎo)率是電阻率的。電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)，記為倒數(shù)，記為S/m電導(dǎo)和電導(dǎo)率的差別在于電導(dǎo)除了與物質(zhì)性能有關(guān)電導(dǎo)和電導(dǎo)率的差別在于電導(dǎo)除了與物質(zhì)性能有關(guān)外，還與該物體的大小、形狀與導(dǎo)電時(shí)的端點(diǎn)位置外，還與該物體的大小、形狀與導(dǎo)電時(shí)的端點(diǎn)位置有關(guān)；而電導(dǎo)率則僅與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。有關(guān)；而電導(dǎo)率則僅與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。 在交流電場(chǎng)中電導(dǎo)率與介電常數(shù)有如下關(guān)系在交流電場(chǎng)中電導(dǎo)率與介電常數(shù)有如下關(guān)系,介介電常數(shù)是描述物料電特性的一個(gè)重要參數(shù)電常數(shù)是描述物料電特性的一個(gè)重要參數(shù)

11、. MHzfmSfmFHzfmSffrrrr單位為單位式中上式也可寫成大氣介電常數(shù)。為介電損耗因數(shù)頻率）電導(dǎo)率（式中：,/556. 0:/10854. 8)(/106 .55212020常用電阻來衡量電子型導(dǎo)體的導(dǎo)電能力常用電阻來衡量電子型導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 用電導(dǎo)來衡量離子型導(dǎo)體的導(dǎo)電能力用電導(dǎo)來衡量離子型導(dǎo)體的導(dǎo)電能力(三三) 食品的電導(dǎo)特性及應(yīng)用食品的電導(dǎo)特性及應(yīng)用二、介電特性二、介電特性(一一) 電介質(zhì)的極化和介電常數(shù)電介質(zhì)的極化和介電常數(shù) 物體物體導(dǎo)體導(dǎo)體非導(dǎo)體非導(dǎo)體(電介質(zhì)電介質(zhì))電子導(dǎo)體電子導(dǎo)體離子導(dǎo)體離子導(dǎo)體電介質(zhì)其分子中的電子受到很大束縛力，電介質(zhì)其分子中的電子受到很大束縛力，致

12、使電子不能自由移動(dòng)致使電子不能自由移動(dòng),電介質(zhì)在一般情況電介質(zhì)在一般情況下是不導(dǎo)電的。下是不導(dǎo)電的。如果將電介質(zhì)置于外加電場(chǎng)中，則電介質(zhì)如果將電介質(zhì)置于外加電場(chǎng)中，則電介質(zhì)將被極化。將被極化。這時(shí)有極分子由雜亂的排列變?yōu)槎ㄏ蚺胚@時(shí)有極分子由雜亂的排列變?yōu)槎ㄏ蚺帕?，形成定向極化，產(chǎn)生了束縛電荷列，形成定向極化，產(chǎn)生了束縛電荷無極分子由于原子核偏離而極化，在電介質(zhì)無極分子由于原子核偏離而極化，在電介質(zhì)表面上出現(xiàn)正、負(fù)電荷。表面上出現(xiàn)正、負(fù)電荷。 無極分子當(dāng)處在外電場(chǎng)中時(shí)，在場(chǎng)力作用下，本來處于重合中心的電子負(fù))電荷“重心”發(fā)生了偏離，形成了一個(gè)電偶極子(dipole)。分子電偶極矩的方向沿外電場(chǎng)方

13、向。在外電場(chǎng)下產(chǎn)生的電偶極矩可稱為感生電矩。對(duì)于一塊電介質(zhì)整體，由于介質(zhì)中每一分子形成了電偶極子，沿電場(chǎng)排列。那么在介質(zhì)的與外電場(chǎng)垂直的端面，也會(huì)形成極化電荷。這種極化就是電子位移極化。高頻電場(chǎng)中，只有電子位移極化有效，所以它也稱為光學(xué)極化。(1) (1) 電子位移極化電子位移極化構(gòu)成分子的各原子或原子團(tuán)在外電場(chǎng)作用下發(fā)生了偏移，構(gòu)成分子的各原子或原子團(tuán)在外電場(chǎng)作用下發(fā)生了偏移，而產(chǎn)生極化的現(xiàn)象。各原子的偏移，是在像彈性振動(dòng)那而產(chǎn)生極化的現(xiàn)象。各原子的偏移，是在像彈性振動(dòng)那樣的振動(dòng)下進(jìn)行的。原子極化也稱為紅外極化。樣的振動(dòng)下進(jìn)行的。原子極化也稱為紅外極化。(2)(2)原子極化原子極化對(duì)于由兩個(gè)

14、以上原子結(jié)合的偶極子分子，即使沒有電場(chǎng)作用對(duì)于由兩個(gè)以上原子結(jié)合的偶極子分子，即使沒有電場(chǎng)作用也有一定固有電矩，因而是有極分子。水分子便是典型的偶也有一定固有電矩，因而是有極分子。水分子便是典型的偶極子分子，食品中含量較多的有極分子，雖然它們具有固有極子分子，食品中含量較多的有極分子，雖然它們具有固有電矩，但由于分子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，在無電場(chǎng)施加的電介質(zhì)電矩，但由于分子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，在無電場(chǎng)施加的電介質(zhì)中，所有分子固有電矩矢量和會(huì)相互抵消，宏觀上不產(chǎn)生電中，所有分子固有電矩矢量和會(huì)相互抵消，宏觀上不產(chǎn)生電場(chǎng)。但處于電場(chǎng)中時(shí)，分子電矩就會(huì)轉(zhuǎn)向外電場(chǎng)方向。雖然場(chǎng)。但處于電場(chǎng)中時(shí)，分子電矩就會(huì)轉(zhuǎn)向外

15、電場(chǎng)方向。雖然分子熱運(yùn)動(dòng)會(huì)使這種轉(zhuǎn)向不很完全，但總體排列也會(huì)使介質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)會(huì)使這種轉(zhuǎn)向不很完全，但總體排列也會(huì)使介質(zhì)在垂直于電場(chǎng)方向的兩端面產(chǎn)生極化電荷。這樣的極化稱作在垂直于電場(chǎng)方向的兩端面產(chǎn)生極化電荷。這樣的極化稱作取向極化，也稱為偶極子極化。取向極化，也稱為偶極子極化。(3)(3)取向極化取向極化電介質(zhì)的極化會(huì)產(chǎn)生相反電場(chǎng)，因而使電電介質(zhì)的極化會(huì)產(chǎn)生相反電場(chǎng)，因而使電場(chǎng)中兩電荷間的作用力減小。并使充滿電場(chǎng)中兩電荷間的作用力減小。并使充滿電介質(zhì)的電容器極板間的電位差減小，電容介質(zhì)的電容器極板間的電位差減小，電容量增大。量增大。當(dāng)平行板電容器兩極板之間為真空時(shí)其電容當(dāng)平行板電容器兩極板之間

16、為真空時(shí)其電容的大小為：的大小為：式中式中s極板的面積，極板的面積，d是兩極板內(nèi)側(cè)面之間的是兩極板內(nèi)側(cè)面之間的距離。距離。dsUUqCba0加入電介質(zhì)后，電容器的電容比真空時(shí)增大加入電介質(zhì)后，電容器的電容比真空時(shí)增大倍。電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)倍。電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)dsUUqCrba0相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù):在同一電容器中用某一物質(zhì)作為在同一電容器中用某一物質(zhì)作為電介質(zhì)時(shí)的電容與其中為真空時(shí)電容的比值稱電介質(zhì)時(shí)的電容與其中為真空時(shí)電容的比值稱為該物質(zhì)的。為該物質(zhì)的。是表示物料可能貯存的電場(chǎng)能量它反映該物是表示物料可能貯存的電場(chǎng)能量它反映該物料提高電容器電容量的能力。料提高電容器電容量的能力。0

17、CCr在正弦交流電流作用下，電阻兩端的電壓與在正弦交流電流作用下，電阻兩端的電壓與電流是同頻率的正弦量，而且相位相同。電流是同頻率的正弦量，而且相位相同。在純電容電路中，相位上電流比電壓超前在純電容電路中，相位上電流比電壓超前電介質(zhì)可用理想電容和電阻組電介質(zhì)可用理想電容和電阻組成的并聯(lián)電路表示成的并聯(lián)電路表示并聯(lián)電路兩端施加交流電壓V，那么，電流將分別流過電阻和電容器。流過電阻的電流IR以與所施加電壓V相同的相位流過，消耗稱為熱能。另一方面，流過電容器的電流Ic則以與所施加電壓V成90的相位流過，其以電能形式貯存起來。所以，流過的全部電流I是IR和Ic的矢量和，即I=IRIc。被稱為相位角，C

18、os 被稱為功率因數(shù)，被稱為損耗角，tan被稱為損耗正切，tanIR/Ic,它表示所消耗的能量與所蓄積的能量之比。介質(zhì)損耗角介質(zhì)損耗角:簡(jiǎn)稱介損角簡(jiǎn)稱介損角 在交變電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)流過的電在交變電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)流過的電流相量和電壓相量之間的夾角的余角流相量和電壓相量之間的夾角的余角()。稱作介質(zhì)損耗角的正切稱作介質(zhì)損耗角的正切tg介電特性主要有三項(xiàng)介電特性主要有三項(xiàng),相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù) ,相對(duì)相對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)介質(zhì)損耗因數(shù) ,介質(zhì)損耗角的正切介質(zhì)損耗角的正切關(guān)系為關(guān)系為:rrtgrrjrrrrtgej相對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)相對(duì)介電常數(shù)復(fù)數(shù)相對(duì)介電常數(shù)rrr 相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù) 表示

19、食品可能貯存的電場(chǎng)表示食品可能貯存的電場(chǎng)能量能量,反映食品提高電容器電容量的能力反映食品提高電容器電容量的能力. 相對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)相對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù) 反映電介質(zhì)在交流電反映電介質(zhì)在交流電場(chǎng)中可能損耗的能量，其值愈大表明物料在電磁場(chǎng)中可能損耗的能量，其值愈大表明物料在電磁波處理時(shí)加熱愈快。波處理時(shí)加熱愈快。rr介質(zhì)損耗定義介質(zhì)損耗定義 電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗。也叫介質(zhì)損失，簡(jiǎn)稱介損。損耗。也叫介質(zhì)損失，簡(jiǎn)稱介損。每立方厘米體積吸收的能量為每立方厘米體積吸收的能量為可知，在場(chǎng)

20、強(qiáng)不變的情況下，吸收能量是和頻率可知，在場(chǎng)強(qiáng)不變的情況下，吸收能量是和頻率成正比的。因此，在電介質(zhì)加熱應(yīng)用中一般是在成正比的。因此，在電介質(zhì)加熱應(yīng)用中一般是在高頻下進(jìn)行的。高頻下進(jìn)行的。12210tan)9/5(fEP）物質(zhì)的介電常數(shù)（）電場(chǎng)頻率（）電場(chǎng)強(qiáng)度（）吸收功率（mFHzfmVEscmWP/)/(3(三三) 靜電特性靜電特性 )/(221rqqKF 庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律:相距為相距為r的兩個(gè)點(diǎn)電荷的兩個(gè)點(diǎn)電荷q1和和q2之間的相互作用力為之間的相互作用力為電場(chǎng)強(qiáng)度：電場(chǎng)中任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，在數(shù)值和電場(chǎng)強(qiáng)度：電場(chǎng)中任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，在數(shù)值和方向上等于單位正電荷在該點(diǎn)時(shí)所受的力。電場(chǎng)方向上等于

21、單位正電荷在該點(diǎn)時(shí)所受的力。電場(chǎng)強(qiáng)度是一矢量，單位是牛頓強(qiáng)度是一矢量，單位是牛頓庫(kù)侖庫(kù)侖 看出，點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中所受的力可表示為：看出，點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中所受的力可表示為： 將需要進(jìn)行分離的物料作為電介質(zhì)置于平將需要進(jìn)行分離的物料作為電介質(zhì)置于平板之間板之間. 任一平板上的電荷量任一平板上的電荷量q都是該電容都是該電容器電容器電容C與平板間電位差與平板間電位差V的乘積，即的乘積，即式中為每個(gè)板的面積，為板間距離。式中為每個(gè)板的面積，為板間距離。CVq )/(0dACr( (三三) )試驗(yàn)表明，食品或食品原料的介電特性試驗(yàn)表明，食品或食品原料的介電特性是受電場(chǎng)頻率、物料含水率、溫度及密是受電場(chǎng)頻率、物

22、料含水率、溫度及密度的影響度的影響由圖可見，小麥在任何頻率下介電常數(shù)隨含水量的增加而增大，這是由于水的介電常數(shù)相當(dāng)大的原因。損耗角正切則隨含水率增加而增加或減小。這與物料品種和頻率的大小有關(guān)。通常介電特性是隨著含水率的變化而變化，在低頻下要比高頻下明顯。介電常數(shù)隨頻率增加而介電常數(shù)隨頻率增加而減小，損耗角正切則隨減小，損耗角正切則隨頻率增加而可能增加或頻率增加而可能增加或減小，這要根據(jù)不同作減小，這要根據(jù)不同作物或含水率而定。損耗物或含水率而定。損耗因數(shù)是損耗角正切和介因數(shù)是損耗角正切和介電常數(shù)的乘積，隨頻率電常數(shù)的乘積，隨頻率作相應(yīng)的變化。作相應(yīng)的變化。研究表明，小麥的介電常數(shù)和損耗因數(shù)與溫

23、度呈線性關(guān)系。圖表示在給定含水率時(shí)，介電常數(shù)隨溫度升高而增大。試驗(yàn)研究還表明，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)還隨物料容積密度而變化。( (三三) ) 植物損傷電位差是一種基本的生物電現(xiàn)象，植物損傷后與植物損傷電位差是一種基本的生物電現(xiàn)象，植物損傷后與其完整部位之間存在電位差，其數(shù)值大小隨損傷組織的情其完整部位之間存在電位差，其數(shù)值大小隨損傷組織的情況而變化。損傷電位一般都隨著組織損傷時(shí)間的延長(zhǎng)而逐況而變化。損傷電位一般都隨著組織損傷時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低，這表明損傷電位是活組織的一種生物學(xué)特性，反漸降低，這表明損傷電位是活組織的一種生物學(xué)特性，反映活組織漿膜的一種固有的電學(xué)性質(zhì)。損傷電位的大小隨映活組織

24、漿膜的一種固有的電學(xué)性質(zhì)。損傷電位的大小隨損傷點(diǎn)的距離增大而減小。損傷點(diǎn)的距離增大而減小。植物在光合作用過程中也有電位差。在植物植物在光合作用過程中也有電位差。在植物的光照部位和黑暗部位之間，或樹葉上葉綠的光照部位和黑暗部位之間，或樹葉上葉綠素含量不同部位之間都存在電位差，電位差素含量不同部位之間都存在電位差，電位差數(shù)值取決于光照強(qiáng)度的差別。數(shù)值取決于光照強(qiáng)度的差別。 實(shí)驗(yàn)表明，蘋果的帶電分布情況為：果芯實(shí)驗(yàn)表明，蘋果的帶電分布情況為：果芯部帶負(fù)電，果肉部帶正電，果柄處帶負(fù)電，原部帶負(fù)電，果肉部帶正電，果柄處帶負(fù)電，原來花尖處帶正電。正電來源于大氣，負(fù)電來源來花尖處帶正電。正電來源于大氣，負(fù)電

25、來源于大地。果皮為絕緣體，它能阻止電能損失。于大地。果皮為絕緣體，它能阻止電能損失。種子發(fā)芽期間，在胚芽部和其他部位間存種子發(fā)芽期間，在胚芽部和其他部位間存在電位差。這種發(fā)芽電流是檢測(cè)發(fā)芽勢(shì)的在電位差。這種發(fā)芽電流是檢測(cè)發(fā)芽勢(shì)的重要標(biāo)志。發(fā)芽后的子葉帶正電，根部帶重要標(biāo)志。發(fā)芽后的子葉帶正電，根部帶負(fù)電。細(xì)胞分裂越活躍和生長(zhǎng)超旺盛的部負(fù)電。細(xì)胞分裂越活躍和生長(zhǎng)超旺盛的部位，電位越高。位，電位越高。針刺雞蛋的兩點(diǎn)，若兩點(diǎn)間存在電位差，針刺雞蛋的兩點(diǎn)，若兩點(diǎn)間存在電位差，則說明是受精卵，可以孵化。電位差為則說明是受精卵，可以孵化。電位差為1520mV的是雄性，電位差為的是雄性，電位差為37mV的的

26、是雌性。是雌性。( (四四) )、射線及中子射線、原子射線、電子射射線及中子射線、原子射線、電子射線、紫外線等都屬于射線類，當(dāng)這些射線穿過食線、紫外線等都屬于射線類，當(dāng)這些射線穿過食品或農(nóng)產(chǎn)品時(shí)，會(huì)對(duì)分子起到離子化作用，這種品或農(nóng)產(chǎn)品時(shí)，會(huì)對(duì)分子起到離子化作用，這種現(xiàn)象叫做電離輻射?，F(xiàn)象叫做電離輻射。電離輻射對(duì)生物作用的全過程，可以簡(jiǎn)化如下:2. 電離輻射對(duì)農(nóng)產(chǎn)品和食品的影響 (1)生物學(xué)效應(yīng):生物學(xué)效應(yīng)有殺菌、殺蟲作用，使果樹生長(zhǎng)發(fā)育異?；?，抑制馬鈴薯、洋蔥、大蒜、地瓜等生根發(fā)芽，防止蘑菇開傘，延緩香蕉、番茄后熟，促進(jìn)桃子、柿子成熟等 (2)化學(xué)效應(yīng):化學(xué)效應(yīng)有增加干制食品的復(fù)水性能，提高小

27、麥面粉加工面包的性能，改進(jìn)酒的品質(zhì)，促使蛋白質(zhì)、淀粉等的變性，提高發(fā)酵飼料中各種酶類的分解能力等。第三節(jié)第三節(jié)電特性測(cè)定電特性測(cè)定電特性包括介電常數(shù)、介質(zhì)電特性包括介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和介質(zhì)損耗角正切等。損耗因數(shù)和介質(zhì)損耗角正切等。1諧振法諧振法 測(cè)定電導(dǎo)率、損耗角正切和相對(duì)介電常數(shù)測(cè)定電導(dǎo)率、損耗角正切和相對(duì)介電常數(shù)諧振法可用諧振法可用Q表來測(cè)定。表來測(cè)定。Q表是一個(gè)由可調(diào)表是一個(gè)由可調(diào)頻率的振蕩器激勵(lì)一個(gè)頻率的振蕩器激勵(lì)一個(gè)RLC電路，由電源、電路，由電源、諧振元件和電壓表等三個(gè)主要元件組成。諧振元件和電壓表等三個(gè)主要元件組成。AdCsr0)11(tan21211QQCCCmdmSCCC

28、FCFCs平板電極間的距離，電容器的平板面積。加物料后的電容，加物料前的電容，221212電橋法電橋法 在低頻下測(cè)量物料介電系數(shù)和介質(zhì)損耗正切在低頻下測(cè)量物料介電系數(shù)和介質(zhì)損耗正切原理是把被測(cè)試樣作為一個(gè)橋臂，其它三原理是把被測(cè)試樣作為一個(gè)橋臂，其它三個(gè)橋臂的阻抗是已知的，調(diào)節(jié)電橋達(dá)到平個(gè)橋臂的阻抗是已知的，調(diào)節(jié)電橋達(dá)到平衡。根據(jù)平衡條件求出試樣的并聯(lián)等值電容衡。根據(jù)平衡條件求出試樣的并聯(lián)等值電容和電阻，而計(jì)算出試樣相對(duì)介電常數(shù)和損耗和電阻，而計(jì)算出試樣相對(duì)介電常數(shù)和損耗角正切。角正切。相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù),C,C0 0為介質(zhì)真空時(shí)的電容為介質(zhì)真空時(shí)的電容, ,只與電極系統(tǒng)有關(guān)的一個(gè)常數(shù)只

29、與電極系統(tǒng)有關(guān)的一個(gè)常數(shù). .orCC32112311tgCRRC22RCtg歐姆加熱歐姆加熱歐姆加熱的原理是把物料作為電路中歐姆加熱的原理是把物料作為電路中一段導(dǎo)體一段導(dǎo)體, ,利用導(dǎo)電時(shí)它本身所產(chǎn)生利用導(dǎo)電時(shí)它本身所產(chǎn)生的熱達(dá)到加熱的目的。的熱達(dá)到加熱的目的。大多數(shù)食品含有可電離的酸和鹽大多數(shù)食品含有可電離的酸和鹽, ,當(dāng)在當(dāng)在食品物料的兩端施加電場(chǎng)時(shí)食品物料的兩端施加電場(chǎng)時(shí), ,食品物料食品物料中通過電流并使其內(nèi)部產(chǎn)生熱量。中通過電流并使其內(nèi)部產(chǎn)生熱量。 對(duì)于極低水分、干燥狀態(tài)的食品對(duì)于極低水分、干燥狀態(tài)的食品, ,這種方這種方法也不適用。法也不適用。具有一定粘稠度、含顆粒食品物料具有一

30、定粘稠度、含顆粒食品物料 P=V2/R食品、食品原料中含有各種電解質(zhì)，其電阻很食品、食品原料中含有各種電解質(zhì)，其電阻很小，所以發(fā)熱量大。小，所以發(fā)熱量大。利用直流電會(huì)引起食品成分的電解變質(zhì)，會(huì)使電利用直流電會(huì)引起食品成分的電解變質(zhì)，會(huì)使電極很快發(fā)生電解腐蝕，食品被金屬離子污染。極很快發(fā)生電解腐蝕，食品被金屬離子污染。食品各部分的加熱速度為食品各部分的加熱速度為 式中，式中，密度；密度； cpcp各部分物料比熱容；各部分物料比熱容； RR電阻。電阻。所以通電加熱在食品加工中一般采用交流電，其發(fā)熱量為:食品物料經(jīng)進(jìn)泵流經(jīng)歐姆加熱管柱，物料逐漸被食品物料經(jīng)進(jìn)泵流經(jīng)歐姆加熱管柱，物料逐漸被加熱到殺菌溫

31、度，然后進(jìn)人保溫系統(tǒng)，達(dá)到要求加熱到殺菌溫度，然后進(jìn)人保溫系統(tǒng)，達(dá)到要求的殺菌強(qiáng)度，再經(jīng)列管式熱交換冷卻器，最終進(jìn)的殺菌強(qiáng)度，再經(jīng)列管式熱交換冷卻器，最終進(jìn)入無菌貯罐，以便進(jìn)行無菌灌裝。入無菌貯罐，以便進(jìn)行無菌灌裝。二二 高壓脈沖電場(chǎng)殺菌高壓脈沖電場(chǎng)殺菌具有殺菌時(shí)間短、能量使用率高、基本上不具有殺菌時(shí)間短、能量使用率高、基本上不破壞食品風(fēng)味物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等特點(diǎn)，能避破壞食品風(fēng)味物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等特點(diǎn)，能避免食品加熱處理帶來的不良影響。免食品加熱處理帶來的不良影響。利用高壓脈沖電場(chǎng)殺滅液體食品中的有害微利用高壓脈沖電場(chǎng)殺滅液體食品中的有害微生物，是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。生物，是近年來發(fā)展起來

32、的一項(xiàng)新技術(shù)。 Sale 和和 Hamilton(1967)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給細(xì)胞膜加上外發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給細(xì)胞膜加上外加電場(chǎng)，細(xì)胞膜上的內(nèi)外電勢(shì)差（加電場(chǎng)，細(xì)胞膜上的內(nèi)外電勢(shì)差（TMP）增大，當(dāng)）增大，當(dāng)TMP達(dá)到達(dá)到1V左右時(shí)，細(xì)胞膜便失去功能。左右時(shí)，細(xì)胞膜便失去功能。 Zimmermann(1986)提出介電破壞理論，根據(jù)該提出介電破壞理論，根據(jù)該理論，細(xì)胞膜被看作為電容，在高壓電脈沖作用下，理論，細(xì)胞膜被看作為電容，在高壓電脈沖作用下，膜兩側(cè)電位差進(jìn)一步變大，由于電荷相反，它們相互膜兩側(cè)電位差進(jìn)一步變大，由于電荷相反，它們相互吸引形成擠壓力，當(dāng)吸引形成擠壓力，當(dāng)TMP達(dá)到達(dá)到1V左右時(shí)，擠壓力大于左

33、右時(shí)，擠壓力大于膜的恢復(fù)力時(shí)，膜就會(huì)破裂。膜的恢復(fù)力時(shí)，膜就會(huì)破裂。 Tsong(1991)從液態(tài)鑲嵌模型出發(fā)，提出電穿孔從液態(tài)鑲嵌模型出發(fā)，提出電穿孔理論，該理論認(rèn)為，高壓電脈沖會(huì)改變脂肪的分子結(jié)理論，該理論認(rèn)為，高壓電脈沖會(huì)改變脂肪的分子結(jié)構(gòu)和增大部分蛋白質(zhì)通道的開度，使細(xì)胞膜失去半滲構(gòu)和增大部分蛋白質(zhì)通道的開度，使細(xì)胞膜失去半滲透性質(zhì)，細(xì)胞膨脹而死。透性質(zhì)，細(xì)胞膨脹而死。1 1 殺菌機(jī)理殺菌機(jī)理 對(duì)模擬牛奶中的大腸埃希氏桿菌進(jìn)對(duì)模擬牛奶中的大腸埃希氏桿菌進(jìn)行高壓脈沖電場(chǎng)處理，在透射電子顯微行高壓脈沖電場(chǎng)處理，在透射電子顯微鏡下可清楚地看見其形態(tài)改變且有明顯鏡下可清楚地看見其形態(tài)改變且有明

34、顯壓痕。在同樣條件下分別對(duì)金黃色葡萄壓痕。在同樣條件下分別對(duì)金黃色葡萄球菌和啤酒酵母處理，在掃描電鏡下可球菌和啤酒酵母處理，在掃描電鏡下可觀察到細(xì)胞壁收縮，變得粗糙，在透射觀察到細(xì)胞壁收縮，變得粗糙，在透射電子顯微鏡下可觀察到金黃色葡萄球菌電子顯微鏡下可觀察到金黃色葡萄球菌的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，啤酒酵母的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，啤酒酵母的細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器外溢。的細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器外溢。2 2 殺菌效果殺菌效果 高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)微生物作用明顯，而且酵高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)微生物作用明顯，而且酵母比細(xì)菌更易被殺死，革蘭氏陰性細(xì)菌比革蘭母比細(xì)菌更易被殺死，革蘭氏陰性細(xì)菌比革蘭氏陽性細(xì)菌更易殺死。影響殺菌效果的主

35、要因氏陽性細(xì)菌更易殺死。影響殺菌效果的主要因素是電場(chǎng)強(qiáng)度和處理時(shí)間。對(duì)于細(xì)菌孢子，即素是電場(chǎng)強(qiáng)度和處理時(shí)間。對(duì)于細(xì)菌孢子，即使更高的指數(shù)形和方波高壓脈沖電場(chǎng)，也對(duì)孢使更高的指數(shù)形和方波高壓脈沖電場(chǎng)，也對(duì)孢子無效果，只對(duì)發(fā)芽的孢子有失活現(xiàn)象，但高子無效果，只對(duì)發(fā)芽的孢子有失活現(xiàn)象，但高壓電場(chǎng)不促進(jìn)孢子發(fā)芽；而雙極形高壓脈沖電壓電場(chǎng)不促進(jìn)孢子發(fā)芽；而雙極形高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)細(xì)菌孢子有明顯的作用。場(chǎng)對(duì)細(xì)菌孢子有明顯的作用。3 3 影響微生物高壓脈沖電場(chǎng)敏感性因素影響微生物高壓脈沖電場(chǎng)敏感性因素 食品的電阻率越大，也就是食品中離子強(qiáng)度越小，殺菌食品的電阻率越大，也就是食品中離子強(qiáng)度越小，殺菌效果越好。但是

36、，離子能增大細(xì)胞的穿透膜電勢(shì)。隨著效果越好。但是，離子能增大細(xì)胞的穿透膜電勢(shì)。隨著食品中蛋白質(zhì)、或脂肪、或黃原膠含量的增加，微生物食品中蛋白質(zhì)、或脂肪、或黃原膠含量的增加，微生物對(duì)高壓脈沖電場(chǎng)的抵抗力增強(qiáng)。含菌溶液溫度高時(shí)的殺對(duì)高壓脈沖電場(chǎng)的抵抗力增強(qiáng)。含菌溶液溫度高時(shí)的殺菌效果比低時(shí)好。菌效果比低時(shí)好。pH值越小，微生物失活率越大。能量值越小，微生物失活率越大。能量相同、電壓或波形不同的高壓脈沖電場(chǎng)，殺菌效果不同。相同、電壓或波形不同的高壓脈沖電場(chǎng)，殺菌效果不同。能量及電壓相同的方波形脈沖電場(chǎng)比指數(shù)形高壓脈沖電能量及電壓相同的方波形脈沖電場(chǎng)比指數(shù)形高壓脈沖電場(chǎng)殺菌效果好。指數(shù)形雙極性高壓脈沖

37、電場(chǎng)比指數(shù)形單場(chǎng)殺菌效果好。指數(shù)形雙極性高壓脈沖電場(chǎng)比指數(shù)形單極性高壓脈沖電場(chǎng)殺菌效果好。另外微生物的生長(zhǎng)期、極性高壓脈沖電場(chǎng)殺菌效果好。另外微生物的生長(zhǎng)期、溶液的含菌量、食品處理室的結(jié)構(gòu)等也與殺菌效果有關(guān)。溶液的含菌量、食品處理室的結(jié)構(gòu)等也與殺菌效果有關(guān)。高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)粉狀物料的殺菌效果不顯著。高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)粉狀物料的殺菌效果不顯著。4 高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)酶的影響高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)酶的影響5 高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)食品質(zhì)量的影響高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)食品質(zhì)量的影響 用高壓脈沖電場(chǎng)和熱分別對(duì)蘋果汁、牛奶（含用高壓脈沖電場(chǎng)和熱分別對(duì)蘋果汁、牛奶（含2%脂脂肪）、全蛋液、碗豆汁殺菌，兩種方法加工的食品的感官肪）、全蛋液、

38、碗豆汁殺菌，兩種方法加工的食品的感官特性沒有明顯差別，只是電處理過的蛋液的顏色和粘度有特性沒有明顯差別，只是電處理過的蛋液的顏色和粘度有變化。高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)未過濾的蘋果汁、果漿含量高的桔變化。高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)未過濾的蘋果汁、果漿含量高的桔汁、菠羅汁、天冬甜素溶液的感官特性也沒有影響，桔汁汁、菠羅汁、天冬甜素溶液的感官特性也沒有影響，桔汁中維生素中維生素C的含量也沒有改變，處理過的蘋果汁比新鮮的的含量也沒有改變，處理過的蘋果汁比新鮮的蘋果榨汁味道更好。高壓脈沖電場(chǎng)加工的桔汁中易揮發(fā)物蘋果榨汁味道更好。高壓脈沖電場(chǎng)加工的桔汁中易揮發(fā)物質(zhì)損失為質(zhì)損失為13，萜二烯和丁酸乙酯的損失分別為，萜二烯和丁酸乙

39、酯的損失分別為15和和26，而熱殺菌的桔汁中萜二烯和丁酸乙酯的損失分別為，而熱殺菌的桔汁中萜二烯和丁酸乙酯的損失分別為60和和82。高壓脈沖電場(chǎng)加工的桔汁中氣味物質(zhì)的損失率。高壓脈沖電場(chǎng)加工的桔汁中氣味物質(zhì)的損失率為為3%，而熱殺菌的損失率為，而熱殺菌的損失率為22%，且，且3%的損失是由于處的損失是由于處理室設(shè)計(jì)不當(dāng)造成。理室設(shè)計(jì)不當(dāng)造成。食品處理室食品處理室檢測(cè)儀表檢測(cè)儀表脈沖電源脈沖電源冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)容器容器泵泵高壓脈沖電場(chǎng)殺菌系統(tǒng)示意圖高壓脈沖電場(chǎng)殺菌系統(tǒng)示意圖三三 微波加熱微波加熱微波是一種具有極高頻率微波是一種具有極高頻率(300 MHz-300GHz ),(300 MHz-30

40、0GHz ),的電磁波。的電磁波。1 1 原理原理食品中的水分、蛋白質(zhì)、脂肪、糖質(zhì)等，都屬食品中的水分、蛋白質(zhì)、脂肪、糖質(zhì)等，都屬于電介質(zhì)。在電磁場(chǎng)中它們都會(huì)發(fā)生極化反應(yīng)。于電介質(zhì)。在電磁場(chǎng)中它們都會(huì)發(fā)生極化反應(yīng)。水分子是極性分子，正負(fù)電荷重心并不重合，水分子是極性分子，正負(fù)電荷重心并不重合，相當(dāng)于偶極子。相當(dāng)于偶極子。在自由狀態(tài)下，這些分子極性呈雜亂排列，正負(fù)極在自由狀態(tài)下，這些分子極性呈雜亂排列，正負(fù)極抵消，總體不顯電性。在交變電場(chǎng)中時(shí)，水分子就抵消，總體不顯電性。在交變電場(chǎng)中時(shí)，水分子就會(huì)跟隨電場(chǎng)作極化運(yùn)動(dòng)，極化運(yùn)動(dòng)使水分子不斷隨會(huì)跟隨電場(chǎng)作極化運(yùn)動(dòng)，極化運(yùn)動(dòng)使水分子不斷隨電磁場(chǎng)方向的變

41、化而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電場(chǎng)頻率增加，就會(huì)電磁場(chǎng)方向的變化而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電場(chǎng)頻率增加，就會(huì)使水分子極化運(yùn)動(dòng)快，產(chǎn)生更多的摩擦熱。使水分子極化運(yùn)動(dòng)快，產(chǎn)生更多的摩擦熱。（1）微波加熱具有選擇性）微波加熱具有選擇性偶極矩的取向極化都需要一定的時(shí)間。偶極矩的取向極化都需要一定的時(shí)間。每種極性分子，都有一定的吸收微波最大特征頻率每種極性分子，都有一定的吸收微波最大特征頻率當(dāng)電磁波的頻率超過或小于當(dāng)電磁波的頻率超過或小于 偶極子的特征頻率偶極子的特征頻率(或稱固有頻率或稱固有頻率)時(shí)，偶極子運(yùn)動(dòng)的頻率會(huì)減慢，時(shí)，偶極子運(yùn)動(dòng)的頻率會(huì)減慢，也就是說對(duì)微波的吸收效率減低。也就是說對(duì)微波的吸收效率減低。2 2 微波加熱特點(diǎn)微波

42、加熱特點(diǎn)（2）微波的反射和穿透特性）微波的反射和穿透特性 一般當(dāng)波動(dòng)遇到障礙物時(shí)，就會(huì)發(fā)生衍射。波長(zhǎng)比障一般當(dāng)波動(dòng)遇到障礙物時(shí)，就會(huì)發(fā)生衍射。波長(zhǎng)比障礙物尺寸越大，衍射越明顯。當(dāng)波長(zhǎng)比障礙物尺寸小很多礙物尺寸越大，衍射越明顯。當(dāng)波長(zhǎng)比障礙物尺寸小很多時(shí)，衍射效應(yīng)可以忽略。這時(shí)波的傳播服從幾何光學(xué)規(guī)律。時(shí)，衍射效應(yīng)可以忽略。這時(shí)波的傳播服從幾何光學(xué)規(guī)律。 微波因波長(zhǎng)很小，所以和幾何光線很接近。當(dāng)遇到不微波因波長(zhǎng)很小，所以和幾何光線很接近。當(dāng)遇到不吸收微波的物體如金屬時(shí)，就會(huì)像光線一樣被反射回來。吸收微波的物體如金屬時(shí)，就會(huì)像光線一樣被反射回來。利用這一性質(zhì)可對(duì)微波的傳輸進(jìn)行導(dǎo)波，或?qū)Σ恍枰訜崂?/p>

43、用這一性質(zhì)可對(duì)微波的傳輸進(jìn)行導(dǎo)波，或?qū)Σ恍枰訜岬氖称凡糠钟媒饘龠M(jìn)行屏蔽。的食品部分用金屬進(jìn)行屏蔽。 由于微波的反射特性，用微波加熱食品時(shí)就不需要電由于微波的反射特性，用微波加熱食品時(shí)就不需要電極，只要像反光鏡那樣把微波射向食品就可進(jìn)行加熱。極，只要像反光鏡那樣把微波射向食品就可進(jìn)行加熱。 對(duì)吸收微波的食品，除部分反射外，微對(duì)吸收微波的食品，除部分反射外，微波則會(huì)穿透食品表面，把能量直接傳到波則會(huì)穿透食品表面，把能量直接傳到食品內(nèi)部。微波的穿透深度食品內(nèi)部。微波的穿透深度D(m)D(m)可用下可用下式表示式表示: : 式中，中，波長(zhǎng)。波長(zhǎng)。不過工業(yè)上常用半衰深度不過工業(yè)上常用半衰深度Dh(m)

44、Dh(m)表示微波的表示微波的穿透能力。穿透能力。DhDh即入射電場(chǎng)強(qiáng)度衰減至一半時(shí)即入射電場(chǎng)強(qiáng)度衰減至一半時(shí)的深度。半衰深度為穿透深度的的深度。半衰深度為穿透深度的0.350.35倍，可倍，可用下式算出用下式算出: : 式中，式中，DhDh半衰深度；半衰深度； ff微波頻率。微波頻率。可見半衰深度也是可見半衰深度也是tantan的函數(shù)，與微波頻率有關(guān)。的函數(shù)，與微波頻率有關(guān)。（3） 微微波加熱的問題加熱的問題 微波加熱的最大問題就是加熱不均勻。其原因主要有以下幾點(diǎn);微波加熱的選擇性。在微波 四四 遠(yuǎn)紅外線加熱遠(yuǎn)紅外線加熱 遠(yuǎn)紅外線和微波一樣都屬于非電離輻射電磁波，把遠(yuǎn)紅外線和微波一樣都屬于非

45、電離輻射電磁波，把波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為0.781000m之間的電磁波稱為紅外線。之間的電磁波稱為紅外線。紅外線電磁波波長(zhǎng)范圍相當(dāng)寬。因此，又進(jìn)一步把這紅外線電磁波波長(zhǎng)范圍相當(dāng)寬。因此，又進(jìn)一步把這部分電磁波劃分為近紅外線部分電磁波劃分為近紅外線(0.781.4m)、中間、中間紅外線紅外線(1.43m)和遠(yuǎn)紅外線和遠(yuǎn)紅外線(3lmm)。在實(shí)際。在實(shí)際應(yīng)用中，常使用的波長(zhǎng)范圍為應(yīng)用中，常使用的波長(zhǎng)范圍為225m，因此，也，因此，也有人稱這一段電磁波為遠(yuǎn)紅外線。遠(yuǎn)紅外線加熱之所有人稱這一段電磁波為遠(yuǎn)紅外線。遠(yuǎn)紅外線加熱之所以在食品加工中得到很廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)榕c熱以在食品加工中得到很廣泛的應(yīng)用，主要是因

46、為與熱風(fēng)干燥或熱風(fēng)加熱相比，遠(yuǎn)紅外輻射的能量可以直接風(fēng)干燥或熱風(fēng)加熱相比，遠(yuǎn)紅外輻射的能量可以直接被食品物料吸收，減少了能量損失。被食品物料吸收，減少了能量損失。1. 遠(yuǎn)紅外輻射遠(yuǎn)紅外輻射由物理學(xué)可知，熱源物體的熱輻射效率與物體的由物理學(xué)可知，熱源物體的熱輻射效率與物體的材質(zhì)有關(guān)。熱輻射效率最大的理想物體稱為黑材質(zhì)有關(guān)。熱輻射效率最大的理想物體稱為黑體。黑體的分光輻射能量表達(dá)式為，體。黑體的分光輻射能量表達(dá)式為， 式中，式中，C13740210-12Wcm2； C2143848cmK； 波長(zhǎng)波長(zhǎng)(m)； T熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度(K)。 隨黑體溫度的上隨黑體溫度的上升，各波長(zhǎng)的能量都升，各波長(zhǎng)的

47、能量都有所增加，但分布曲有所增加，但分布曲線的峰值卻偏向短波線的峰值卻偏向短波方向。能量密度最大方向。能量密度最大的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)max與溫度與溫度的反比例關(guān)系可用變的反比例關(guān)系可用變位定律表示位定律表示: 2.食品對(duì)遠(yuǎn)紅外線的吸收食品對(duì)遠(yuǎn)紅外線的吸收 遠(yuǎn)紅外輻射對(duì)食品中水和其他物質(zhì)分子的特遠(yuǎn)紅外輻射對(duì)食品中水和其他物質(zhì)分子的特殊振動(dòng)效果，還是促進(jìn)分子間互相結(jié)合、交聯(lián)的殊振動(dòng)效果，還是促進(jìn)分子間互相結(jié)合、交聯(lián)的動(dòng)力。這對(duì)食品的熟成動(dòng)力。這對(duì)食品的熟成(陳化陳化)有一定作用。例有一定作用。例如，在掛面制造中，用遠(yuǎn)紅外干燥，不僅干燥效如，在掛面制造中，用遠(yuǎn)紅外干燥，不僅干燥效率高，而且可以促進(jìn)面筋的水

48、合作用，使制品比率高，而且可以促進(jìn)面筋的水合作用，使制品比普通方法的口感滑潤(rùn)，更加筋進(jìn)。用遠(yuǎn)紅外處理普通方法的口感滑潤(rùn)，更加筋進(jìn)。用遠(yuǎn)紅外處理酒，可以使酒的陳放時(shí)間大大縮短，味進(jìn)更香醇酒，可以使酒的陳放時(shí)間大大縮短，味進(jìn)更香醇3 遠(yuǎn)紅外線在食品中輻射深度遠(yuǎn)紅外線在食品中輻射深度 波長(zhǎng)越長(zhǎng)，透過物體的深度越大。因此，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，透過物體的深度越大。因此，比起其他光波，遠(yuǎn)紅外輻射不僅可以直接把能比起其他光波，遠(yuǎn)紅外輻射不僅可以直接把能量傳播到物體表面，而且還能把能量傳播到物量傳播到物體表面，而且還能把能量傳播到物體的一定深度。盡管這深度只有體的一定深度。盡管這深度只有1-2mm，但對(duì)，但對(duì)于一些薄的

49、物料，可以顯著提高加熱效率。遠(yuǎn)于一些薄的物料，可以顯著提高加熱效率。遠(yuǎn)紅外被物體吸收的程度與被照射物體的顏色無紅外被物體吸收的程度與被照射物體的顏色無關(guān)。因此，使用遠(yuǎn)紅外輻射加熱時(shí)，可使物料關(guān)。因此，使用遠(yuǎn)紅外輻射加熱時(shí)，可使物料不受本身顏色影響，受熱比較均勻。不受本身顏色影響，受熱比較均勻。4. 遠(yuǎn)紅外線輻射優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)紅外線輻射優(yōu)點(diǎn) (1)食品不必接觸熱源或傳熱介質(zhì)就可以直接得食品不必接觸熱源或傳熱介質(zhì)就可以直接得到加熱到加熱 (2)在食品周圍保持低溫狀態(tài)下，可對(duì)食品進(jìn)在食品周圍保持低溫狀態(tài)下，可對(duì)食品進(jìn)行加熱；行加熱； (3)加熱可以不受食品周圍氣流影響；加熱可以不受食品周圍氣流影響； (4)

50、加熱速度快、效率高；加熱速度快、效率高； (5)在熱輻射電磁波中，遠(yuǎn)紅外的光子能量級(jí)比在熱輻射電磁波中，遠(yuǎn)紅外的光子能量級(jí)比起紫外線、可見光線都要小。因此，一般只會(huì)產(chǎn)生起紫外線、可見光線都要小。因此，一般只會(huì)產(chǎn)生熱效果，不會(huì)引起物質(zhì)的化學(xué)變化，所以可以減少熱效果，不會(huì)引起物質(zhì)的化學(xué)變化，所以可以減少加熱過程中營(yíng)養(yǎng)成分或色香味的損失。加熱過程中營(yíng)養(yǎng)成分或色香味的損失。普通蛋白質(zhì)在中性或堿性水溶液中，也以普通蛋白質(zhì)在中性或堿性水溶液中，也以負(fù)離子狀態(tài)存在，即負(fù)離子狀態(tài)存在，即: 電位為負(fù)，其周圍電位為負(fù)，其周圍的水分子在蛋白質(zhì)電位的感應(yīng)下以水和氫的水分子在蛋白質(zhì)電位的感應(yīng)下以水和氫離子存在，形成所

51、謂離子氣氛離子存在，形成所謂離子氣氛固液分離對(duì)液體的流動(dòng)相當(dāng)于固體顆粒間毛細(xì)管固液分離對(duì)液體的流動(dòng)相當(dāng)于固體顆粒間毛細(xì)管中的流動(dòng)中的流動(dòng), ,當(dāng)沿毛細(xì)管方向有靜電場(chǎng)時(shí)當(dāng)沿毛細(xì)管方向有靜電場(chǎng)時(shí), ,毛細(xì)管內(nèi)毛細(xì)管內(nèi)液體受自身所帶電荷影響液體受自身所帶電荷影響, ,將對(duì)管壁產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)將對(duì)管壁產(chǎn)生運(yùn)動(dòng) 豆腐渣電滲透脫水實(shí)驗(yàn)在同樣壓力條件下，采用豆腐渣電滲透脫水實(shí)驗(yàn)在同樣壓力條件下，采用電滲透方法的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)上電極為正極，下電極為電滲透方法的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)上電極為正極，下電極為負(fù)極時(shí)，脫水速度大于普通壓濾，最終濾餅水分負(fù)極時(shí)，脫水速度大于普通壓濾，最終濾餅水分也比較低。當(dāng)上電極為負(fù)極，下電極為正極時(shí)，也比較低。

52、當(dāng)上電極為負(fù)極，下電極為正極時(shí)，幾乎沒有電滲透效果。幾乎沒有電滲透效果。貯貯高壓靜電場(chǎng)處理能有效地延長(zhǎng)番茄貯藏時(shí)高壓靜電場(chǎng)處理能有效地延長(zhǎng)番茄貯藏時(shí)間，與對(duì)照組相比，在電場(chǎng)強(qiáng)度為間，與對(duì)照組相比，在電場(chǎng)強(qiáng)度為150kv/m, 150kv/m, 60min/60min/日的處理中能使番茄的呼吸高峰推遲日的處理中能使番茄的呼吸高峰推遲1414天出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)處理也有效地保持了番天出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)處理也有效地保持了番茄的硬度茄的硬度( (對(duì)比組已經(jīng)軟化，開始腐爛對(duì)比組已經(jīng)軟化，開始腐爛) )。這表。這表明電場(chǎng)處理用于保鮮貯藏有其潛在的優(yōu)勢(shì)。明電場(chǎng)處理用于保鮮貯藏有其潛在的優(yōu)勢(shì)。2 2 正高壓靜電場(chǎng)促進(jìn)

53、人參種子后熟正高壓靜電場(chǎng)促進(jìn)人參種子后熟結(jié)果表明，場(chǎng)強(qiáng)為結(jié)果表明，場(chǎng)強(qiáng)為2kV/cm，處理時(shí)間為，處理時(shí)間為5 - l 0min時(shí)效果正高壓靜電場(chǎng)明顯促進(jìn)人參種子后熟，提高時(shí)效果正高壓靜電場(chǎng)明顯促進(jìn)人參種子后熟，提高出苗率，加快參苗生長(zhǎng)，提高人參產(chǎn)量出苗率，加快參苗生長(zhǎng)，提高人參產(chǎn)量;負(fù)和正負(fù)間隔處理的高壓靜電場(chǎng)對(duì)其有抑制作負(fù)和正負(fù)間隔處理的高壓靜電場(chǎng)對(duì)其有抑制作用用; ;并有隨處理場(chǎng)強(qiáng)加大，處理時(shí)間增大，處并有隨處理場(chǎng)強(qiáng)加大，處理時(shí)間增大，處理理次數(shù)增多而產(chǎn)生抑制效果更強(qiáng)的趨勢(shì)。次數(shù)增多而產(chǎn)生抑制效果更強(qiáng)的趨勢(shì)。3 種子靜電清選分級(jí)裝置種子靜電清選分級(jí)裝置種子靜電清選分級(jí)裝種子靜電清選分級(jí)裝

54、置主要由種子的提升置主要由種子的提升及風(fēng)選、靜電處理及及風(fēng)選、靜電處理及分級(jí)和篩面分選三部分級(jí)和篩面分選三部分組成分組成部分活力低的種子由于電阻抗小，其導(dǎo)電性部分活力低的種子由于電阻抗小，其導(dǎo)電性能優(yōu)于活力高的種子，產(chǎn)生較大的靜電力，能優(yōu)于活力高的種子，產(chǎn)生較大的靜電力，活力高的種子由于電阻抗大、電導(dǎo)率低，不活力高的種子由于電阻抗大、電導(dǎo)率低，不易極化，結(jié)果產(chǎn)生的靜電力和極化力均較易極化，結(jié)果產(chǎn)生的靜電力和極化力均較小，故按運(yùn)動(dòng)軌跡小，故按運(yùn)動(dòng)軌跡2運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)還有部分劣質(zhì)種子或雜物，易被極化，受極化還有部分劣質(zhì)種子或雜物，易被極化，受極化力大，其運(yùn)動(dòng)軌跡偏向滾筒，故按運(yùn)動(dòng)軌跡力大，其運(yùn)動(dòng)軌跡偏向

55、滾筒，故按運(yùn)動(dòng)軌跡1運(yùn)運(yùn)動(dòng)，落入集種箱后部的分隔腔中。動(dòng)，落入集種箱后部的分隔腔中。4. 靜電熏制靜電熏制5. 靜電成型及撒粉裝置靜電成型及撒粉裝置裝置由一組料斗、供料器、裝置由一組料斗、供料器、原料計(jì)量器原料計(jì)量器(配量鹽、砂糖、配量鹽、砂糖、發(fā)酵粉、酵母液等發(fā)酵粉、酵母液等)和靜電和靜電噴撒器、植物油的計(jì)量及電噴撒器、植物油的計(jì)量及電噴撒器組成。所有的電噴撒噴撒器組成。所有的電噴撒器都與高壓電源的負(fù)極連接。器都與高壓電源的負(fù)極連接。首先植物油滴成為荷電粒子，在首先植物油滴成為荷電粒子，在電場(chǎng)中飛向加熱轉(zhuǎn)簡(jiǎn)表面，形成電場(chǎng)中飛向加熱轉(zhuǎn)簡(jiǎn)表面，形成油層。然后，面粉和其他原料液油層。然后，面粉和其

56、他原料液滴形成的荷電粒子，在電極之間滴形成的荷電粒子，在電極之間的空間內(nèi)交叉混合，噴向轉(zhuǎn)簡(jiǎn)表的空間內(nèi)交叉混合，噴向轉(zhuǎn)簡(jiǎn)表面，形成一定厚度的帶狀料坯。面，形成一定厚度的帶狀料坯。轉(zhuǎn)簡(jiǎn)不僅作為電場(chǎng)的正極，而且轉(zhuǎn)簡(jiǎn)不僅作為電場(chǎng)的正極，而且還是用電熱絲加熱的加熱體。轉(zhuǎn)還是用電熱絲加熱的加熱體。轉(zhuǎn)簡(jiǎn)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中使噴撒在其上的簡(jiǎn)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中使噴撒在其上的原料成型、加熱、脹發(fā)、干燥，原料成型、加熱、脹發(fā)、干燥，最后被切斷成為成品。最后被切斷成為成品。 裝置也被用來完成在魚、肉裝置也被用來完成在魚、肉和其他制品表面撒粉和其他制品表面撒粉(面包屑面包屑)的的加工操作。加工操作。4 4 高壓靜電場(chǎng)解凍高壓靜電場(chǎng)解

57、凍常用的解凍方法主要是通過對(duì)流、傳導(dǎo)或常用的解凍方法主要是通過對(duì)流、傳導(dǎo)或輻射等外部加熱法輻射等外部加熱法, ,低頻、高頻和微波等的低頻、高頻和微波等的介電感應(yīng)內(nèi)部加熱法以及真空解凍等介電感應(yīng)內(nèi)部加熱法以及真空解凍等. .實(shí)踐證明實(shí)踐證明,普通加熱的方法深入速度慢普通加熱的方法深入速度慢,易引入二易引入二次污染次污染,不利于食品本身鮮度的保持不利于食品本身鮮度的保持,顏色、重量顏色、重量或營(yíng)養(yǎng)成分都遠(yuǎn)不及凍前水平或營(yíng)養(yǎng)成分都遠(yuǎn)不及凍前水平;介電感應(yīng)加熱對(duì)介電感應(yīng)加熱對(duì)物料本身和操作條件有較高要求物料本身和操作條件有較高要求,內(nèi)部解凍易出內(nèi)部解凍易出現(xiàn)明顯不均勻和局部過熱現(xiàn)象現(xiàn)明顯不均勻和局部過

58、熱現(xiàn)象;而建立和維護(hù)真而建立和維護(hù)真空系統(tǒng)費(fèi)用過高空系統(tǒng)費(fèi)用過高.輸出電壓可調(diào)輸出電壓可調(diào)(015kV), 高壓區(qū)的大小可隨接地極高壓區(qū)的大小可隨接地極的左右移動(dòng)而改變的左右移動(dòng)而改變.溫控儀使整個(gè)解凍環(huán)境溫度控制溫控儀使整個(gè)解凍環(huán)境溫度控制在在101,溫度傳感器置于被凍結(jié)材料的中心溫度傳感器置于被凍結(jié)材料的中心,隨隨時(shí)檢測(cè)其解凍溫度變化情況時(shí)檢測(cè)其解凍溫度變化情況.發(fā)現(xiàn)對(duì)發(fā)現(xiàn)對(duì)300mL的冰的冰,當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到24kV/m時(shí)時(shí),可節(jié)約可節(jié)約1/5同溫度下的自然解凍時(shí)間同溫度下的自然解凍時(shí)間,豆豆腐和豬肉的解凍也有類似的結(jié)論腐和豬肉的解凍也有類似的結(jié)論.水果的宏觀電特性用復(fù)阻抗水果的宏觀電特性用復(fù)阻抗Z Z ( (或復(fù)導(dǎo)納或復(fù)導(dǎo)納Y Y ) ) 及復(fù)介電常數(shù)及復(fù)介電常數(shù)E E表示。表示。表明能利用電特性參數(shù)對(duì)內(nèi)部有缺陷的蘋果進(jìn)行表明能利用電特性參數(shù)對(duì)內(nèi)部有缺陷的蘋果進(jìn)行良好的檢測(cè)良好的檢測(cè).研究發(fā)現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn):在水果腐爛或有損傷時(shí)相對(duì)介電常數(shù)將在水果腐爛或有損傷時(shí)相對(duì)介電常數(shù)將會(huì)明顯上升。會(huì)明顯上升。 蘋果未腐爛損傷但隨著新鮮度的蘋果未腐爛損傷但隨著新鮮度的下降下降, 它的自由水分隨呼吸作用消耗它的