物料和電學(xué)特性課件

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(lái)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) 基本概念2 電學(xué)性質(zhì)的研究領(lǐng)域主要有兩個(gè)方面： 2.1 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)的重要手段。所謂“機(jī)電一體化”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檢測(cè)方面，電學(xué)性質(zhì)尤為重要。2.2.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

2、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、微波、重疊波等）技術(shù)、通電加熱技術(shù)、電滲透脫水技術(shù)、電磁場(chǎng)處理技術(shù)等。3電學(xué)特性分類(lèi)從廣義上說(shuō)，物料的電學(xué)特性可分為二類(lèi)。 一類(lèi)是主動(dòng)電特性: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； 另一類(lèi)是被動(dòng)電特性,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)、介電特性等。 本章主要討論后一類(lèi)電學(xué)特性。4食品電學(xué)特性研究的意義(1)食品加工中對(duì)食物資源充分利用的要求越來(lái)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(kāi)

3、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新技術(shù)。(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，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。(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。(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(lái)越在食品工業(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)，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)。(5)電物理特性的檢測(cè)，對(duì)食品加工自動(dòng)化、品

4、質(zhì)控制精確化提供了重要手段。5食品電學(xué)特性的應(yīng)用概況6食品電學(xué)特性加工的課題 (1)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;(2)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;(3)以電力為基礎(chǔ)的食品加工裝置計(jì)算和設(shè)計(jì)理論的建立;(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);(5)通過(guò)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(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需要。 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(chēng)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(guò)來(lái)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)部結(jié)構(gòu)受外

5、電場(chǎng)的作用而發(fā)生變化，并且反過(guò)來(lái)影響外電場(chǎng)，使原來(lái)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)變化后的物理量進(jìn)行討論。 一、電導(dǎo)特性(一)電阻和電阻率歐姆定律指出，導(dǎo)體內(nèi)的電流強(qiáng)度與其兩端的電位差成正比. V=IR 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(wú)關(guān)的量。(二) 電導(dǎo)和電導(dǎo)率 電導(dǎo)是描述物體傳導(dǎo)電流 性能的物理量。物體的電導(dǎo)是指該物體所通過(guò)電流與該物體所加電壓的比值。對(duì)于直流電路而言，這個(gè)數(shù)值就是電阻的倒數(shù)，單位為S。電導(dǎo)率是電阻率的倒數(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)外，還與該物體的大小、形狀與導(dǎo)電時(shí)的

6、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)。 在交流電場(chǎng)中電導(dǎo)率與介電常數(shù)有如下關(guān)系,介電常數(shù)是描述物料電特性的一個(gè)重要參數(shù). 常用電阻來(lái)衡量電子型導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 用電導(dǎo)來(lái)衡量離子型導(dǎo)體的導(dǎo)電能力(三) 食品的電導(dǎo)特性及應(yīng)用二、介電特性(一) 電介質(zhì)的極化和介電常數(shù) 物體導(dǎo)體非導(dǎo)體(電介質(zhì))電子導(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，致使電子不能自由移動(dòng),電介質(zhì)在一般情況下是不導(dǎo)電的。如果將電介質(zhì)置于外加電場(chǎng)中，則電介質(zhì)將被極化。這時(shí)有極分子由雜亂的排列變?yōu)槎ㄏ蚺帕校纬啥ㄏ驑O化，產(chǎn)生了束縛電荷無(wú)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。 無(wú)極分子當(dāng)處在外電場(chǎng)中時(shí)，在場(chǎng)

7、力作用下，本來(lái)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)方向。在外電場(chǎng)下產(chǎn)生的電偶極矩可稱(chēng)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(chēng)為光學(xué)極化。(1) 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，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(chēng)為紅外極化。 (2)原子極化 對(duì)于由兩個(gè)以上原子結(jié)合的偶極子分子，即使沒(méi)有電場(chǎng)作用也

8、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，雖然它們具有固有電矩，但由于分子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，在無(wú)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(chēng)作取向極化，也稱(chēng)為偶極子極化。(3)取向極化 電介質(zhì)的極化會(huì)產(chǎn)生相反電場(chǎng)，因而使電場(chǎng)中兩電荷間的作用力減小。并使充滿(mǎn)電介質(zhì)的電容器極板間的電位差減小，電容量增大。當(dāng)平行板電容器兩極板之間為真空時(shí)其電容的大小為：式中s極板的面積，d是兩極板內(nèi)

9、側(cè)面之間的距離。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)相對(duì)介電常數(shù):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(chēng)為該物質(zhì)的。是表示物料可能貯存的電場(chǎng)能量它反映該物料提高電容器電容量的能力。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。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(guò)電阻和電容器。流過(guò)電阻的電流IR以與所施加電壓V相同的相位流過(guò)，消耗稱(chēng)為熱能。另一方面，流過(guò)電容器的電流Ic則以與所施加電壓V成90的相位流過(guò)，其以電能形式貯存起來(lái)

10、。所以，流過(guò)的全部電流I是IR和Ic的矢量和，即I=IRIc。被稱(chēng)為相位角，Cos 被稱(chēng)為功率因數(shù)，被稱(chēng)為損耗角，tan被稱(chēng)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:簡(jiǎn)稱(chēng)介損角 在交變電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)流過(guò)的電流相量和電壓相量之間的夾角的余角()。稱(chēng)作介質(zhì)損耗角的正切介電特性主要有三項(xiàng),相對(duì)介電常數(shù) ,相對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù) ,介質(zhì)損耗角的正切關(guān)系為: 相對(duì)介電常數(shù) 表示食品可能貯存的電場(chǎng)能量,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) 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波處理時(shí)加熱愈快。介質(zhì)損耗定義 電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，由

11、于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗。也叫介質(zhì)損失，簡(jiǎn)稱(chēng)介損。每立方厘米體積吸收的能量為可知，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)用中一般是在高頻下進(jìn)行的。(三) 靜電特性 庫(kù)侖定律:相距為r的兩個(gè)點(diǎn)電荷q1和q2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)值和方向上等于單位正電荷在該點(diǎn)時(shí)所受的力。電場(chǎng)強(qiáng)度是一矢量，單位是牛頓庫(kù)侖 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)置于平板之間. 任一平板上的電荷量q都是該電容器電容C與平板間電位差V的乘積，即式中為每個(gè)板的面積，為板間距離。(三)食品物質(zhì)的介電特性

12、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、溫度及密度的影響 由圖可見(jiàn)，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)隨頻率增加而減小，損耗角正切則隨頻率增加而可能增加或減小，這要根據(jù)不同作物或含水率而定。損耗因數(shù)是損耗角正切和介電常數(shù)的乘積，隨頻率作相應(yīng)的變化。研究表明，小麥的介電常數(shù)和損耗因數(shù)與溫度呈線(xiàn)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

13、容積密度而變化。(三) 生 物 電 生物體的組織和細(xì)胞所進(jìn)行的生命活動(dòng)都伴隨電現(xiàn)象。它反映了生命活動(dòng)中的一些物理化學(xué)變化，與生物體的新陳代謝有關(guān)。一旦生命停止，生物電也即消失。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)。損傷電位的大小隨損傷點(diǎn)的距離增大而減小。當(dāng)植物體受機(jī)械的、化學(xué)的或熱的刺激時(shí)，均會(huì)產(chǎn)生電位差。受刺激部位一般是負(fù)電位，電反應(yīng)的幅度決定于刺激強(qiáng)度。圖為植物組織受彎曲后的電反應(yīng)。植物在光合作用

14、過(guò)程中也有電位差。在植物的光照部位和黑暗部位之間，或樹(shù)葉上葉綠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。 實(shí)驗(yàn)表明，蘋(píng)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，原來(lái)花尖處帶正電。正電來(lái)源于大氣，負(fù)電來(lái)源于大地。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。針刺雞蛋的兩點(diǎn)，若兩點(diǎn)間存在電位差，則說(shuō)明是受精卵，可以孵化。電位差為1520mV的是雄性，電位差為37mV的是雌性。(四)電磁輻射、射線(xiàn)及中子射線(xiàn)、原子射線(xiàn)

15、、電子射線(xiàn)、紫外線(xiàn)等都屬于射線(xiàn)類(lèi)，當(dāng)這些射線(xiàn)穿過(guò)食品或農(nóng)產(chǎn)品時(shí)，會(huì)對(duì)分子起到離子化作用，這種現(xiàn)象叫做電離輻射。1. 電離輻射機(jī)理在農(nóng)產(chǎn)品和一些食品的生物細(xì)胞組織中，維持其生命現(xiàn)象的各種生物活性物質(zhì)，都是以溶解狀態(tài)存在的。當(dāng)細(xì)胞受到輻射線(xiàn)的照射時(shí)，生物活性物質(zhì)遭到鈍化而失去活性，進(jìn)而由于生理代謝作用的嚴(yán)重?fù)p傷，細(xì)胞的活性機(jī)能遭到破壞。其中繁殖機(jī)能對(duì)射線(xiàn)最敏感，損傷最大。對(duì)于各種微生物，先是停止繁殖，繼而抵擋不住輻射線(xiàn)的照射作用而死亡。農(nóng)產(chǎn)品活體是含水物質(zhì)，其水分經(jīng)輻射處理后產(chǎn)生一系列復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)。電離輻射對(duì)生物作用的全過(guò)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):

16、生物學(xué)效應(yīng)有殺菌、殺蟲(chóng)作用，使果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育異?；种岂R鈴薯、洋蔥、大蒜、地瓜等生根發(fā)芽，防止蘑菇開(kāi)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(lèi)的分解能力等。第三節(jié)食品中電特性測(cè)定食品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。1諧振法 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Q表來(lái)測(cè)定。Q表是一個(gè)由可調(diào)頻率的振蕩器激勵(lì)一個(gè)RLC電路，由電源、諧振元件和電壓表等三個(gè)主要元件組成。2電橋法 在低頻下測(cè)量物料介電系數(shù)和介質(zhì)損耗正切原理是把被測(cè)試

17、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)和損耗角正切。相對(duì)介電常數(shù),C0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).第三節(jié) 電學(xué)特性在食品工程中的研究及應(yīng)用一 歐姆加熱歐姆加熱的原理是把物料作為電路中一段導(dǎo)體,利用導(dǎo)電時(shí)它本身所產(chǎn)生的熱達(dá)到加熱的目的。大多數(shù)食品含有可電離的酸和鹽,當(dāng)在食品物料的兩端施加電場(chǎng)時(shí),食品物料中通過(guò)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,這種方法也不適用。具有一定粘稠度、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)，其電阻很小，所以發(fā)熱量大。利用直

18、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。食品各部分的加熱速度為 式中，密度； cp各部分物料比熱容； R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)入無(wú)菌貯罐，以便進(jìn)行無(wú)菌灌裝。二 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(lái)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生物，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。 Sale 和 Hamilton(1967)發(fā)

19、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（TMP）增大，當(dāng)TMP達(dá)到1V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，它們相互吸引形成擠壓力，當(dāng)TMP達(dá)到1V左右時(shí)，擠壓力大于膜的恢復(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(kāi)度，使細(xì)胞膜失去半滲透性質(zhì)，細(xì)胞膨脹而死。1 殺菌機(jī)理 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，在透射電子顯微鏡下可清楚地看見(jiàn)其形態(tài)

20、改變且有明顯壓痕。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。2 殺菌效果 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)菌比革蘭氏陽(yáng)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，即使更高的指數(shù)形和方波高壓脈沖電場(chǎng)，也對(duì)孢子無(wú)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場(chǎng)對(duì)細(xì)菌孢子有明顯的作用。3 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

21、，殺菌效果越好。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。pH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。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、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。4 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 用高壓脈沖電場(chǎng)和熱分別對(duì)蘋(píng)果汁、牛奶（含2%脂肪）、全蛋

22、液、碗豆汁殺菌，兩種方法加工的食品的感官特性沒(méi)有明顯差別，只是電處理過(guò)的蛋液的顏色和粘度有變化。高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)未過(guò)濾的蘋(píng)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(méi)有影響，桔汁中維生素C的含量也沒(méi)有改變，處理過(guò)的蘋(píng)果汁比新鮮的蘋(píng)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13，萜二烯和丁酸乙酯的損失分別為15和26，而熱殺菌的桔汁中萜二烯和丁酸乙酯的損失分別為60和82。高壓脈沖電場(chǎng)加工的桔汁中氣味物質(zhì)的損失率為3%，而熱殺菌的損失率為22%，且3%的損失是由于處理室設(shè)計(jì)不當(dāng)造成。食品處理室檢測(cè)儀表脈沖電源冷卻系統(tǒng)容器泵高壓脈沖電場(chǎng)殺菌系統(tǒng)示意圖三 微波加熱微波是一種

23、具有極高頻率(300 MHz-300GHz ),的電磁波。1 原理食品中的水分、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)。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。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。 （1）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。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(guò)或小于 偶極子的特征頻率(或稱(chēng)固有頻率)時(shí)，偶極子運(yùn)動(dòng)的頻率會(huì)

24、減慢，也就是說(shuō)對(duì)微波的吸收效率減低。2 微波加熱特點(diǎn)（2）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。 微波因波長(zhǎng)很小，所以和幾何光線(xiàn)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(xiàn)一樣被反射回來(lái)。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訜岬氖称凡糠钟媒饘龠M(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D(m)

25、可用下式表示: 式中，波長(zhǎng)。不過(guò)工業(yè)上常用半衰深度Dh(m)表示微波的穿透能力。Dh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0.35倍，可用下式算出:式中，Dh半衰深度； f微波頻率?？梢?jiàn)半衰深度也是tan的函數(shù)，與微波頻率有關(guān)。（3） 微波加熱的問(wèn)題微波加熱的最大問(wèn)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。在微波場(chǎng)中不同的食品材料，以及它們的溫度、狀態(tài)不同，都會(huì)引起各部分對(duì)微波能吸收的差異;微波雖有好的穿透性，但在實(shí)際加熱中受反射、穿透、折射吸收等影響，使各部產(chǎn)生的熱量不同;電場(chǎng)的尖角集中效應(yīng)。這種效應(yīng)也稱(chēng)為棱角效應(yīng)(edge effect)。微波場(chǎng)也是電場(chǎng)，因

26、此在加熱時(shí)，對(duì)食品不同曲率的表面，也會(huì)產(chǎn)生棱角效應(yīng)。即在棱角的地方電場(chǎng)強(qiáng)度大，產(chǎn)熱多、溫升快。由于這些原因，微波加熱時(shí)，食品往往會(huì)出現(xiàn)一些溫度上升特別快的熱點(diǎn)(hot spot) 。對(duì)容器中食品進(jìn)行適當(dāng)分割、使熱點(diǎn)分散，減少食品的棱角，改善微波照射分布等是解決這一問(wèn)題的方法。 四 遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱 遠(yuǎn)紅外線(xiàn)和微波一樣都屬于非電離輻射電磁波，把波長(zhǎng)為0.781000m之間的電磁波稱(chēng)為紅外線(xiàn)。紅外線(xiàn)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(xiàn)(0.781.4m)、中間紅外線(xiàn)(1.43m)和遠(yuǎn)紅外線(xiàn)(3lmm)。在實(shí)際應(yīng)用中，常使用的波長(zhǎng)范圍為225m，因此，也有人稱(chēng)這一段電磁波為遠(yuǎn)

27、紅外線(xiàn)。遠(yuǎn)紅外線(xiàn)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。1. 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材質(zhì)有關(guān)。熱輻射效率最大的理想物體稱(chēng)為黑體。黑體的分光輻射能量表達(dá)式為， 式中，C13740210-12Wcm2；C2143848cmK；波長(zhǎng)(m)；T熱力學(xué)溫度(K)。 隨黑體溫度的上升，各波長(zhǎng)的能量都有所增加，但分布曲線(xiàn)的峰值卻偏向短波方向。能量密度最大的波長(zhǎng)max與溫度的反比例關(guān)系可用變位定律表示: 2.食品對(duì)遠(yuǎn)紅外線(xiàn)的吸收 遠(yuǎn)紅外輻射對(duì)食品中水和其他物質(zhì)分子的特殊振動(dòng)效果，還是促進(jìn)分

28、子間互相結(jié)合、交聯(lián)的動(dòng)力。這對(duì)食品的熟成(陳化)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(xiàn)在食品中輻射深度 波長(zhǎng)越長(zhǎng)，透過(guò)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1-2mm，但對(duì)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(wú)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。4. 遠(yuǎn)紅外線(xiàn)輻射優(yōu)點(diǎn) (1

29、)食品不必接觸熱源或傳熱介質(zhì)就可以直接得到加熱 (2)在食品周?chē)３值蜏貭顟B(tài)下，可對(duì)食品進(jìn)行加熱； (3)加熱可以不受食品周?chē)鷼饬饔绊懀?(4)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)比起紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光線(xiàn)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，所以可以減少加熱過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)成分或色香味的損失。四 電滲透脫水普通蛋白質(zhì)在中性或堿性水溶液中，也以負(fù)離子狀態(tài)存在，即:電位為負(fù)，其周?chē)乃肿釉诘鞍踪|(zhì)電位的感應(yīng)下以水和氫離子存在，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)管中的流動(dòng),當(dāng)沿毛細(xì)管方向有靜電場(chǎng)時(shí),毛細(xì)管內(nèi)液體受自身所帶電荷影響,將對(duì)管壁產(chǎn)

30、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，最終濾餅水分也比較低。當(dāng)上電極為負(fù)極，下電極為正極時(shí)，幾乎沒(méi)有電滲透效果。五 高壓靜電技術(shù)1 高壓靜電貯藏高壓靜電場(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150kv/m, 60min/日的處理中能使番茄的呼吸高峰推遲14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(對(duì)比組已經(jīng)軟化，開(kāi)始腐爛)。這表明電場(chǎng)處理用于保鮮貯藏有其潛在的優(yōu)勢(shì)。2 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2kV/cm，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

31、子后熟，提高出苗率，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)其有抑制作用;并有隨處理場(chǎng)強(qiáng)加大，處理時(shí)間增大，處理次數(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)裝置主要由種子的提升及風(fēng)選、靜電處理及分級(jí)和篩面分選三部分組成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，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小，故按運(yùn)動(dòng)軌跡2運(yùn)動(dòng)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1運(yùn)動(dòng)，落入集種箱后部的分隔腔中。4. 靜電熏制5. 靜電成型及撒粉裝置裝置由一組料

32、斗、供料器、原料計(jì)量器(配量鹽、砂糖、發(fā)酵粉、酵母液等)和靜電噴撒器、植物油的計(jì)量及電噴撒器組成。所有的電噴撒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，而且還是用電熱絲加熱的加熱體。轉(zhuǎn)簡(jiǎn)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中使噴撒在其上的原料成型、加熱、脹發(fā)、干燥，最后被切斷成為成品。 裝置也被用來(lái)完成在魚(yú)、肉和其他制品表面撒粉(面包屑)的加工操作。4 高壓靜電場(chǎng)解凍常用的解凍方法主要是通過(guò)對(duì)流、傳導(dǎo)或輻射等外部加熱法,低頻、高頻和微波等的介電感

33、應(yīng)內(nèi)部加熱法以及真空解凍等.實(shí)踐證明,普通加熱的方法深入速度慢,易引入二次污染,不利于食品本身鮮度的保持,顏色、重量或營(yíng)養(yǎng)成分都遠(yuǎn)不及凍前水平;介電感應(yīng)加熱對(duì)物料本身和操作條件有較高要求,內(nèi)部解凍易出現(xiàn)明顯不均勻和局部過(guò)熱現(xiàn)象;而建立和維護(hù)真空系統(tǒng)費(fèi)用過(guò)高.輸出電壓可調(diào)(015kV), 高壓區(qū)的大小可隨接地極的左右移動(dòng)而改變.溫控儀使整個(gè)解凍環(huán)境溫度控制在101,溫度傳感器置于被凍結(jié)材料的中心,隨時(shí)檢測(cè)其解凍溫度變化情況.發(fā)現(xiàn)對(duì)300mL的冰,當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到24kV/m時(shí),可節(jié)約1/5同溫度下的自然解凍時(shí)間,豆腐和豬肉的解凍也有類(lèi)似的結(jié)論.六 食品品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)1 水果品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)水果的宏觀電特性用復(fù)阻抗Z (或復(fù)導(dǎo)納Y ) 及復(fù)介電常數(shù)E表示。表明能利用電特性參數(shù)對(duì)內(nèi)部有缺陷的蘋(píng)果進(jìn)行良好的檢測(cè).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)將會(huì)明顯上升。 蘋(píng)果未腐爛損傷但隨著新鮮度的下降,