食品冷凍保鮮原理與設(shè)備(課件)第八章

第八章凍結(jié)食品的解凍§8.1各種解凍方法概述解凍方法主要可分為兩大類：（1）采用外部熱源（表面加熱）；（2）使凍品內(nèi)部發(fā)熱進(jìn)行解凍。一、用外部加熱解凍1、空氣解凍空氣解凍法又分為直接解凍和間接解凍兩種，間接解凍時(shí)，空氣的主要參數(shù)如下：（1）空氣的溫度。對(duì)于動(dòng)物食品，空氣溫度不應(yīng)超過20℃，對(duì)于蔬菜不宜超過30℃，但為了使解凍時(shí)間不致太長，空氣溫度不宜低于4~6℃。第八章凍結(jié)食品的解凍1（2）空氣循環(huán)方式。解凍過程中，空氣流動(dòng)可以是自然對(duì)流，也可采用強(qiáng)迫對(duì)流，具體采用哪一種方式也是取決于所要求的解凍時(shí)間。（3）相對(duì)濕度?？諝庵邢鄬?duì)濕度的大小僅在解凍無包裝產(chǎn)品時(shí)是重要的，其最佳值因食品種類和解凍過程中的不同階段而定?？諝饨鈨鲅b置的運(yùn)行方式分為連續(xù)、半連續(xù)和非連續(xù)三種，這三種裝置的結(jié)構(gòu)分別類似于連續(xù)、半連續(xù)和非連續(xù)吹風(fēng)式凍結(jié)裝置，不同之處是蒸發(fā)器換成加熱器，此外對(duì)于無包裝食品還要安裝加濕器。隧道內(nèi)的風(fēng)速高達(dá)7m/s?？諝庵苯咏鈨鍪前瑴厣蚺胝{(diào)的，這種方法多用于速凍熟食品的解凍，如袋包裝的速凍熟食品，在強(qiáng)迫空氣對(duì)流的爐內(nèi)加熱，通?？諝鉁囟葹?50~180℃，如圖6-1所示。爐內(nèi)有一臺(tái)離心式風(fēng)機(jī)，兩臺(tái)電加熱器，風(fēng)機(jī)使?fàn)t內(nèi)的熱空氣產(chǎn)生強(qiáng)迫對(duì)流，使食品迅速解凍并升溫。這種裝置廣泛應(yīng)用于飯店、自助餐廳、學(xué)校食堂等場合。（2）空氣循環(huán)方式。解凍過程中，空氣流動(dòng)可以是自然對(duì)流，也可21、可移動(dòng)的小車；

2、電力的空氣加熱器；

3、風(fēng)扇；

4、空氣導(dǎo)向檔板；

5、恒溫繼電器；

6、程序鐘圖8-1空氣對(duì)流解凍器結(jié)構(gòu)示意圖食品冷凍保鮮原理與設(shè)備(課件)第八章32、水解凍水解凍就是將凍結(jié)食品浸泡在一定溫度的水中，通過水與凍品的換熱使其解凍，它比空氣解凍的最大優(yōu)點(diǎn)是換熱效率高，解凍速度快，產(chǎn)品表層氧化少，避免了干耗，它的最大缺點(diǎn)是在解凍過程中會(huì)帶來營養(yǎng)物質(zhì)的流失和表面軟化，切開面被水浸透、色素和風(fēng)味流失，所以這種方法的使用只適用于某些食品。水解凍也分為間接解凍和直接解凍。間接解凍時(shí)，可讓凍品直接與水接觸，也可包裝在防水的袋中再放在水中，直接與水接觸解凍只適用于厚度較小的食品，為了產(chǎn)生等滲透壓平衡，以有助于減少營養(yǎng)的流失以及水浸透和軟化等影響，可在水中加入氯化鈉（0.75~4%）。對(duì)于動(dòng)物食品水溫不宜超過20℃；對(duì)于植物食品，水溫不應(yīng)超過30℃。3、在金屬表面上接觸解凍這種解凍法類似于前面講的平板速凍器，不同的是平板內(nèi)循環(huán)工質(zhì)的溫度較高，對(duì)于臥式裝置，工質(zhì)的溫度不應(yīng)超過20℃，對(duì)于立式裝置內(nèi)的流體或半流體凍品，工質(zhì)溫度允許高達(dá)40~50℃，以便使食品解凍后流出。2、水解凍44、水蒸氣解凍原理:水蒸氣接觸凍品表面時(shí)凝結(jié)而放出熱量，凍品吸收熱量而逐漸解凍。由此原理而制造的低溫一真空解凍機(jī)適用于塊狀凍品的解凍。

優(yōu)點(diǎn)：（1）避免或減少氧化；（2）用于厚度小于100毫米的食品，解凍速度比空氣和水解凍快。二、通過食品內(nèi)部發(fā)熱解凍（高頻解凍）原理：高頻能量（可通過不導(dǎo)電材料，如塑料、紙、玻璃、陶瓷等)）被水或含水食物所吸收，產(chǎn)生電介質(zhì)和阻抗損失使電能轉(zhuǎn)化為熱能。用于食品加熱的高頻有米波和厘米波。米波設(shè)備投資費(fèi)用高，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也較高，因此商業(yè)應(yīng)用前景不大。厘米波（微波）裝置已廣泛用于家庭和商店，與外部加熱法比較，微波加熱均勻得多，而且裝置占地面積小，為避免散裝的，不均勻的產(chǎn)品表面層和薄層部分過熱，可用-25~-30℃的冷空氣再循環(huán)，因而部分解凍也可避免過熱。4、水蒸氣解凍5§8.2真空—低溫解凍機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)一、真空—低溫解凍機(jī)的工作原理解凍機(jī)理：利用真空造成的低溫流體（溫度為20~25℃的水蒸氣）不斷與凍品進(jìn)行熱交換，使凍品的溫度逐步升高，最后達(dá)到解凍的目的。突出優(yōu)點(diǎn):(1)減少了凍品中水溶性蛋白質(zhì)的流失，(2)減少了凍品干燥而引起的干耗損失，基本上保持了食品原有的色、香、味和營養(yǎng)。解凍過程1、霜形成階段。當(dāng)?shù)蜏厮魵饬鬟^凍品表面時(shí)，凍品表面立刻就會(huì)形成一層霜，這層霜不斷變厚，直至霜-水蒸氣界面的溫度高于水的凍結(jié)點(diǎn)溫度；§8.2真空—低溫解凍機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)62、霜層密實(shí)凝固階段。當(dāng)霜-水蒸氣界面的溫度高于水的凍結(jié)點(diǎn)溫度時(shí)，新霜層不再形成，水蒸氣開始在霜層表面凝結(jié)成水，水滲入霜層并被凍結(jié)，使霜層密度增大，當(dāng)霜層的密度到達(dá)冰的密度時(shí)，凝固密實(shí)過程結(jié)束；3、過渡階段，在這個(gè)階段中，水蒸氣在冰層表面凝結(jié)成水，于是冰層開始融化，當(dāng)冰層完全融化時(shí)，這個(gè)階段結(jié)束。4、冷凝階段。食品表面的冰層融化后，水蒸氣直接在食品表面凝結(jié)成水，并不斷放出熱量，當(dāng)水-水蒸氣界面溫度大于等于露點(diǎn)溫度時(shí)，此階段結(jié)束；5、蒸發(fā)階段。由于食品表面的溫度高于水蒸氣的溫度，所以食品表面的水分開始蒸發(fā)，食品表層的水分蒸發(fā)完畢，該階段結(jié)束；6、干燥階段。食品表面的水層蒸發(fā)完畢后，食品本身的水分開始蒸發(fā)，當(dāng)食品的含水量達(dá)到要求時(shí)該階段結(jié)束，整個(gè)解凍干燥過程也已完成。2、霜層密實(shí)凝固階段。當(dāng)霜-水蒸氣界面的溫度高于水的凍結(jié)點(diǎn)溫7二、真空-低溫解凍機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖8.2真空-低溫解凍機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1、水環(huán)式真空泵；2、水液面控制；3、溫度控制閥；4、溫度報(bào)警裝置；5、真空?qǐng)?bào)警裝置；6、沖洗閥二、真空-低溫解凍機(jī)的結(jié)構(gòu)8這種解凍機(jī)用于凍肉和凍魚塊的解凍時(shí)水蒸氣的溫度為20℃，其它的有關(guān)數(shù)據(jù)列于表8-1中。表8-1APV真空-低溫解凍機(jī)的性能參數(shù)食品名厚度(10-3m)重量(kg)水蒸氣溫度（℃）解凍時(shí)間（分）鱈魚1004520270草莓70123025牛肉90312560§8.3真空—低溫解凍過程的近似計(jì)算模型及其解真空—低溫解凍的六個(gè)過程可簡化為三個(gè)階段，即凝霜階段，融冰階段及無相變解凍階段。由于凍品的厚度比長度和寬度要小得多，所以在解凍時(shí)只在厚度方向出現(xiàn)明顯的溫度梯度，而在其它兩個(gè)方向溫度梯度可忽略不計(jì)。因此，解凍過程就可簡化成一維相變移動(dòng)問題。為方便起見，可將厚度方向的坐標(biāo)軸原點(diǎn)設(shè)在食品的中心點(diǎn)。

這種解凍機(jī)用于凍肉和凍魚塊的解凍時(shí)水蒸氣的溫度為20℃，其它9一、解凍過程的分析求解

1、凝霜階段當(dāng)?shù)蜏厮魵庠趦銎繁砻娼Y(jié)霜時(shí)，水蒸氣的相變潛熱和對(duì)流換熱量不斷向食品內(nèi)部傳輸，食品溫度逐漸升高，首先是食品表面溫度迅速升高，接著食品內(nèi)部深處溫度也逐漸升高。隨著食品表面霜層的變厚，溫度擾動(dòng)的前鋒面也不斷向食品厚度的中截面方向推移，直至中截面位置，此過程可用下面的方程描述：（8-1）上方程的邊界條件和初始條件為： （8-2） （8-3）一、解凍過程的分析求解10

（8-4） （8-5）式中： ts——食品的溫度；

——食品的熱擴(kuò)散系數(shù)（導(dǎo)溫系數(shù)），Cp為食品的表觀比熱，K為食品的表觀導(dǎo)熱系數(shù)；

r——霜的凝結(jié)潛熱；

h——水蒸氣與食品表面間的放熱系數(shù)；

——水蒸氣的平均溫度；

t1——相變界面的溫度；

ti——食品的初始溫度；

s——相界面的坐標(biāo)；

——溫度擾動(dòng)前鋒面的坐標(biāo)；

11——解凍時(shí)間；

x——食品厚度方向的坐標(biāo)。因?yàn)闇囟茸兓秶淮?，所以食品的熱物性可視為常?shù)，由于引入了表觀比熱和表觀導(dǎo)熱系數(shù)，從而可忽略食品內(nèi)含水量引起的食品內(nèi)部的相變潛熱。為了求得這一階段的解，可采用模型模擬的方法，來確定食品內(nèi)的溫度分布。為此，首先建立一個(gè)忽略相變問題的模型。該模型的其它條件均與上面討論的解凍過程的第一階段的物理模型相同，即研究一厚度為2L的平板問題（），其初始狀態(tài)為均勻溫度分布ti，當(dāng)時(shí)，的界面上的溫度維持為冰點(diǎn)溫度t1，該問題可用下列方程表示：

(8-6)(8-7)——解凍12

（8-8） （8-9） （8-10）顯然，可將溫度擾動(dòng)區(qū)域視作一熱層,在這個(gè)熱層內(nèi)對(duì)方程(8-6）積分，可得：

(8-11)

13由（8-7）、（8-8）、（8-10）、（8-11）可得：

(8-12)上式即為該問題的能量積分方程，為求解該問題，選用下列多項(xiàng)式表示溫度分布： （8-13）上式中的系數(shù)一般均為時(shí)間的函數(shù)，為了能用來表示這三個(gè)系數(shù)，利用式（8-7）、（8-8）和（8-10）解得的溫度分布為：

(8-14)由（8-7）、（8-8）、（8-10）、（8-11）可得：14將（8-14）式代入（8-12）式，經(jīng)簡化后，可得下式： （8-15）將初始條件代入可解得：

（8-16）因此可得到模型的溫度分布為：

（8-17）

將（8-14）式代入（8-12）式，經(jīng)簡化后，可得下式：15計(jì)算表明，食品表面的霜層不厚，約為，因?yàn)樗獙訉?duì)食品內(nèi)的溫度分布影響不大，所以用食品的相變移動(dòng)界面坐標(biāo)代替（8-12）中的半厚度L，不會(huì)給計(jì)算結(jié)果帶來很大的誤差，這樣將溫度分布用到解凍過程中的第一階段中，可得： （8-18）式（8-12）也可改寫成：

(8-19)將（8-13）代入上式，可得：

(8-20)計(jì)算表明，食品表面的霜層不厚，約為，因?yàn)樗獙訉?duì)食品內(nèi)的溫度分16式中，

(8-21)(8-22)(8-23)根據(jù)初始條件：可求得相變界面

(8-24)式中，17至此，求得第一階段的溫度分布為：

(8-25)至此，求得第一階段的溫度分布為：182、霜層消融階段結(jié)霜階段結(jié)果后，隨著水蒸氣與霜層表面的不斷換熱，霜層轉(zhuǎn)變成冰層并開始融化，另一部分則傳入食品內(nèi)部使食品的溫度繼續(xù)升高，直至冰層全部融化，這一階段可用下面的模型來描述：

(8-26)上式的初始條件和邊界條件為：

(8-27)(8-28)(8-29)2、霜層消融階段19式中，H為霜的融化潛熱。首先，根據(jù)熱層的概念，在處而在處，由于水蒸氣的流動(dòng)，補(bǔ)充和交混，水蒸氣溫度幾乎保持不變，因此也有。然而在整個(gè)解凍過程中，從溫度擾動(dòng)波及中截面開始,在的區(qū)域內(nèi)，食品就不再存在有的區(qū)域或界面了，故可以把視作一熱層，在熱層中，對(duì)（8-26）式積分，可得：

(8-30)由（8-27）和（8-28）、（8-29）式，可將（8-30）簡化為：

(8-31)式中，H為霜的融化潛熱。20上式即為霜層融化階段的能量積分方程，為求解此方程，可將食品在這一階段的溫度分布用下面的二階多項(xiàng)式進(jìn)行擬合：

(8-32)為求解上式中的系數(shù)a1、b1、c1，首先對(duì)（8-28）式求導(dǎo)：即

(8-33)由式（8-27）和（8-33）消去項(xiàng)，得到：

(8-34)上式即為霜層融化階段的能量積分方程，為求解此方程，可將食品在21將上式與（8-26）式綜合，消去項(xiàng)，得：

(8-35)由（8-28）、（8-29）及（8-35）就可求得（8-32）中的三個(gè)系數(shù)a1、b1、c1，最終可得溫度分布表達(dá)式為：

(8-36)式中

(8-37)(8-38)食品冷凍保鮮原理與設(shè)備(課件)第八章22顯然，。將（8-36）、（8-37）及（8-38）代入（8-31）中，經(jīng)簡化整理后，可得到下面的確定相界面位置的方程：由初始條件，（s0為第一階段末的相變界面的位置）可求得：

當(dāng)s=L時(shí)，第二階段結(jié)束。顯然，。233、無相變解凍階段由于引入了表觀比熱和表觀導(dǎo)熱系數(shù)，且忽略了食品含水量引起的相變潛熱，所以這一階段的物理過程比前兩個(gè)階段都要簡單，其數(shù)學(xué)模型為：

(8-41)

(8-42)

(8-43)

根據(jù)一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱理論，可解得上方程的解為：

(8-44)3、無相變解凍階段24式中，為本階段的初始溫度分布；是的特征根，。計(jì)算表明，式（6.44）中的第二項(xiàng)比第一項(xiàng)小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。所以上式可簡化成：二、解凍過程求解結(jié)果分析

(8-45)當(dāng)溫度擾動(dòng)前鋒到達(dá)中截面時(shí)有，根據(jù)式（8-26）~（8-30）可以求得解凍過程第一階段所需要的時(shí)間為：

(8-46)此時(shí)，相界面的位置為：

(8-47)式中，為本階段的初始溫度分布；25計(jì)算表明，解凍過程第一階段所需的時(shí)間主要取決于食品的厚度。對(duì)式（8-24）求極值，可得到相變界面位置的最大值，即

(8-48)(8-49)顯然，在系數(shù)A、B、C所涉及的眾參數(shù)、K、t1、、ti及h中，唯有h是可調(diào)的，它與解凍機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，并隨水蒸氣流量的改變而改變。若換熱面積和蒸氣流量較大，則Re較大，放熱系數(shù)h隨之增大，則相界面到達(dá)最大值的時(shí)間就較短，且相界面移動(dòng)的最大值也隨之減小，這樣就有利于第二階段的解凍。反之，與均較大，則第二階段的解凍過程會(huì)遇到困難。計(jì)算表明，解凍過程第一階段所需的時(shí)間主要取決于食品的厚度。26當(dāng)時(shí)，在該階段的解凍過程中，相變界面移動(dòng)方向始終不變，即結(jié)霜厚度隨解凍過程的進(jìn)行而增大。當(dāng)溫度擾動(dòng)前鋒面到達(dá)食品的中截面時(shí)，相變移動(dòng)界面尚未達(dá)到計(jì)算中的最大值。這主要是水蒸氣流量過小所致。當(dāng)時(shí)，即溫度擾動(dòng)的前鋒面到達(dá)中截面時(shí)，相變移動(dòng)界面的位置也恰好到達(dá)最大值。當(dāng)時(shí)，相界面移動(dòng)達(dá)到最大值時(shí)，溫度擾動(dòng)前鋒面尚未到達(dá)中截面。這主要是因?yàn)樗魵饬髁枯^大，引起水蒸氣與食品表面間的放熱系數(shù)h增大所致。在此情況下，第一階段相變界面移動(dòng)至最大值后，隨即逐漸消減。這時(shí)，在解凍的第一階段的計(jì)算中又必須分成兩步：首先計(jì)算至相變界面移動(dòng)最大值處，然后，變氣化潛熱項(xiàng)為融化潛熱項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算。若與兩個(gè)時(shí)間參數(shù)相差很大，則該階段結(jié)束時(shí)，霜層幾乎全部融化。若h過大，甚至?xí)惺称繁砻嫠獙友杆傧诘默F(xiàn)象出現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，在該階段的解凍過程27此時(shí)，即可按用于模擬相變界面移動(dòng)問題的模型——式（8-7）~式（8-10）求解。而短時(shí)間內(nèi)的相變界面移動(dòng)可忽略不計(jì)。正如傳統(tǒng)的不穩(wěn)定導(dǎo)熱理論指出：當(dāng)畢渥數(shù)Bi較大時(shí)，非穩(wěn)態(tài)過程的求解可轉(zhuǎn)化成第一類邊界條件問題求解。此時(shí)，求解模型變得較為簡單。解凍過程的第一階段結(jié)束后，在隨后的過程中，即使相變界面移動(dòng)值未達(dá)到最大值，相變界面移動(dòng)值也不再繼續(xù)增大。因?yàn)?，若溫度擾動(dòng)前鋒面到達(dá)中截面后仍有，則根據(jù)式（8-2）有隨時(shí)間的增大，這個(gè)過程就變成一個(gè)降溫過程，顯然與實(shí)際不符合。因此，第二階段必定是霜層消融過程。第一階段的最終相變界面移動(dòng)位置對(duì)第二階段的解凍時(shí)間有很大的影響。隨著S0的減小，第二階段的解凍時(shí)間明顯地縮短。因此，在第一階段加大水蒸氣流量，使霜層厚度減小或使霜層在第一階段末部分消融。這樣，將會(huì)縮短第二階段的解凍時(shí)間。食品冷凍保鮮原理與設(shè)備(課件)第八章28解凍過程的第三階段的計(jì)算誤差較大些，其主要原因是：在食品溫度達(dá)到凍結(jié)點(diǎn)溫度附近時(shí)，食品內(nèi)部冰晶開始融解，所以食品內(nèi)部實(shí)際上也是一個(gè)相變過程，而且是更復(fù)雜的相變過程。此外，在計(jì)算中，引入表觀比熱和表觀導(dǎo)熱系數(shù)概念，將物性視為常量等假設(shè)，也會(huì)造成一定的誤差。食品冷凍保鮮原理與設(shè)備(課件)第八章29第八章凍結(jié)食品的解凍§8.1各種解凍方法概述解凍方法主要可分為兩大類：（1）采用外部熱源（表面加熱）；（2）使凍品內(nèi)部發(fā)熱進(jìn)行解凍。一、用外部加熱解凍1、空氣解凍空氣解凍法又分為直接解凍和間接解凍兩種，間接解凍時(shí)，空氣的主要參數(shù)如下：（1）空氣的溫度。對(duì)于動(dòng)物食品，空氣溫度不應(yīng)超過20℃，對(duì)于蔬菜不宜超過30℃，但為了使解凍時(shí)間不致太長，空氣溫度不宜低于4~6℃。第八章凍結(jié)食品的解凍30（2）空氣循環(huán)方式。解凍過程中，空氣流動(dòng)可以是自然對(duì)流，也可采用強(qiáng)迫對(duì)流，具體采用哪一種方式也是取決于所要求的解凍時(shí)間。（3）相對(duì)濕度。空氣中相對(duì)濕度的大小僅在解凍無包裝產(chǎn)品時(shí)是重要的，其最佳值因食品種類和解凍過程中的不同階段而定。空氣解凍裝置的運(yùn)行方式分為連續(xù)、半連續(xù)和非連續(xù)三種，這三種裝置的結(jié)構(gòu)分別類似于連續(xù)、半連續(xù)和非連續(xù)吹風(fēng)式凍結(jié)裝置，不同之處是蒸發(fā)器換成加熱器，此外對(duì)于無包裝食品還要安裝加濕器。隧道內(nèi)的風(fēng)速高達(dá)7m/s。空氣直接解凍是包含溫升或烹調(diào)的，這種方法多用于速凍熟食品的解凍，如袋包裝的速凍熟食品，在強(qiáng)迫空氣對(duì)流的爐內(nèi)加熱，通常空氣溫度為150~180℃，如圖6-1所示。爐內(nèi)有一臺(tái)離心式風(fēng)機(jī)，兩臺(tái)電加熱器，風(fēng)機(jī)使?fàn)t內(nèi)的熱空氣產(chǎn)生強(qiáng)迫對(duì)流，使食品迅速解凍并升溫。這種裝置廣泛應(yīng)用于飯店、自助餐廳、學(xué)校食堂等場合。（2）空氣循環(huán)方式。解凍過程中，空氣流動(dòng)可以是自然對(duì)流，也可311、可移動(dòng)的小車；

2、電力的空氣加熱器；

3、風(fēng)扇；

4、空氣導(dǎo)向檔板；

5、恒溫繼電器；

6、程序鐘圖8-1空氣對(duì)流解凍器結(jié)構(gòu)示意圖食品冷凍保鮮原理與設(shè)備(課件)第八章322、水解凍水解凍就是將凍結(jié)食品浸泡在一定溫度的水中，通過水與凍品的換熱使其解凍，它比空氣解凍的最大優(yōu)點(diǎn)是換熱效率高，解凍速度快，產(chǎn)品表層氧化少，避免了干耗，它的最大缺點(diǎn)是在解凍過程中會(huì)帶來營養(yǎng)物質(zhì)的流失和表面軟化，切開面被水浸透、色素和風(fēng)味流失，所以這種方法的使用只適用于某些食品。水解凍也分為間接解凍和直接解凍。間接解凍時(shí)，可讓凍品直接與水接觸，也可包裝在防水的袋中再放在水中，直接與水接觸解凍只適用于厚度較小的食品，為了產(chǎn)生等滲透壓平衡，以有助于減少營養(yǎng)的流失以及水浸透和軟化等影響，可在水中加入氯化鈉（0.75~4%）。對(duì)于動(dòng)物食品水溫不宜超過20℃；對(duì)于植物食品，水溫不應(yīng)超過30℃。3、在金屬表面上接觸解凍這種解凍法類似于前面講的平板速凍器，不同的是平板內(nèi)循環(huán)工質(zhì)的溫度較高，對(duì)于臥式裝置，工質(zhì)的溫度不應(yīng)超過20℃，對(duì)于立式裝置內(nèi)的流體或半流體凍品，工質(zhì)溫度允許高達(dá)40~50℃，以便使食品解凍后流出。2、水解凍334、水蒸氣解凍原理:水蒸氣接觸凍品表面時(shí)凝結(jié)而放出熱量，凍品吸收熱量而逐漸解凍。由此原理而制造的低溫一真空解凍機(jī)適用于塊狀凍品的解凍。

優(yōu)點(diǎn)：（1）避免或減少氧化；（2）用于厚度小于100毫米的食品，解凍速度比空氣和水解凍快。二、通過食品內(nèi)部發(fā)熱解凍（高頻解凍）原理：高頻能量（可通過不導(dǎo)電材料，如塑料、紙、玻璃、陶瓷等)）被水或含水食物所吸收，產(chǎn)生電介質(zhì)和阻抗損失使電能轉(zhuǎn)化為熱能。用于食品加熱的高頻有米波和厘米波。米波設(shè)備投資費(fèi)用高，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也較高，因此商業(yè)應(yīng)用前景不大。厘米波（微波）裝置已廣泛用于家庭和商店，與外部加熱法比較，微波加熱均勻得多，而且裝置占地面積小，為避免散裝的，不均勻的產(chǎn)品表面層和薄層部分過熱，可用-25~-30℃的冷空氣再循環(huán)，因而部分解凍也可避免過熱。4、水蒸氣解凍34§8.2真空—低溫解凍機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)一、真空—低溫解凍機(jī)的工作原理解凍機(jī)理：利用真空造成的低溫流體（溫度為20~25℃的水蒸氣）不斷與凍品進(jìn)行熱交換，使凍品的溫度逐步升高，最后達(dá)到解凍的目的。突出優(yōu)點(diǎn):(1)減少了凍品中水溶性蛋白質(zhì)的流失，(2)減少了凍品干燥而引起的干耗損失，基本上保持了食品原有的色、香、味和營養(yǎng)。解凍過程1、霜形成階段。當(dāng)?shù)蜏厮魵饬鬟^凍品表面時(shí)，凍品表面立刻就會(huì)形成一層霜，這層霜不斷變厚，直至霜-水蒸氣界面的溫度高于水的凍結(jié)點(diǎn)溫度；§8.2真空—低溫解凍機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)352、霜層密實(shí)凝固階段。當(dāng)霜-水蒸氣界面的溫度高于水的凍結(jié)點(diǎn)溫度時(shí)，新霜層不再形成，水蒸氣開始在霜層表面凝結(jié)成水，水滲入霜層并被凍結(jié)，使霜層密度增大，當(dāng)霜層的密度到達(dá)冰的密度時(shí)，凝固密實(shí)過程結(jié)束；3、過渡階段，在這個(gè)階段中，水蒸氣在冰層表面凝結(jié)成水，于是冰層開始融化，當(dāng)冰層完全融化時(shí)，這個(gè)階段結(jié)束。4、冷凝階段。食品表面的冰層融化后，水蒸氣直接在食品表面凝結(jié)成水，并不斷放出熱量，當(dāng)水-水蒸氣界面溫度大于等于露點(diǎn)溫度時(shí)，此階段結(jié)束；5、蒸發(fā)階段。由于食品表面的溫度高于水蒸氣的溫度，所以食品表面的水分開始蒸發(fā)，食品表層的水分蒸發(fā)完畢，該階段結(jié)束；6、干燥階段。食品表面的水層蒸發(fā)完畢后，食品本身的水分開始蒸發(fā)，當(dāng)食品的含水量達(dá)到要求時(shí)該階段結(jié)束，整個(gè)解凍干燥過程也已完成。2、霜層密實(shí)凝固階段。當(dāng)霜-水蒸氣界面的溫度高于水的凍結(jié)點(diǎn)溫36二、真空-低溫解凍機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖8.2真空-低溫解凍機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1、水環(huán)式真空泵；2、水液面控制；3、溫度控制閥；4、溫度報(bào)警裝置；5、真空?qǐng)?bào)警裝置；6、沖洗閥二、真空-低溫解凍機(jī)的結(jié)構(gòu)37這種解凍機(jī)用于凍肉和凍魚塊的解凍時(shí)水蒸氣的溫度為20℃，其它的有關(guān)數(shù)據(jù)列于表8-1中。表8-1APV真空-低溫解凍機(jī)的性能參數(shù)食品名厚度(10-3m)重量(kg)水蒸氣溫度（℃）解凍時(shí)間（分）鱈魚1004520270草莓70123025牛肉90312560§8.3真空—低溫解凍過程的近似計(jì)算模型及其解真空—低溫解凍的六個(gè)過程可簡化為三個(gè)階段，即凝霜階段，融冰階段及無相變解凍階段。由于凍品的厚度比長度和寬度要小得多，所以在解凍時(shí)只在厚度方向出現(xiàn)明顯的溫度梯度，而在其它兩個(gè)方向溫度梯度可忽略不計(jì)。因此，解凍過程就可簡化成一維相變移動(dòng)問題。為方便起見，可將厚度方向的坐標(biāo)軸原點(diǎn)設(shè)在食品的中心點(diǎn)。

這種解凍機(jī)用于凍肉和凍魚塊的解凍時(shí)水蒸氣的溫度為20℃，其它38一、解凍過程的分析求解

1、凝霜階段當(dāng)?shù)蜏厮魵庠趦銎繁砻娼Y(jié)霜時(shí)，水蒸氣的相變潛熱和對(duì)流換熱量不斷向食品內(nèi)部傳輸，食品溫度逐漸升高，首先是食品表面溫度迅速升高，接著食品內(nèi)部深處溫度也逐漸升高。隨著食品表面霜層的變厚，溫度擾動(dòng)的前鋒面也不斷向食品厚度的中截面方向推移，直至中截面位置，此過程可用下面的方程描述：（8-1）上方程的邊界條件和初始條件為： （8-2） （8-3）一、解凍過程的分析求解39

（8-4） （8-5）式中： ts——食品的溫度；

——食品的熱擴(kuò)散系數(shù)（導(dǎo)溫系數(shù)），Cp為食品的表觀比熱，K為食品的表觀導(dǎo)熱系數(shù)；

r——霜的凝結(jié)潛熱；

h——水蒸氣與食品表面間的放熱系數(shù)；

——水蒸氣的平均溫度；

t1——相變界面的溫度；

ti——食品的初始溫度；

s——相界面的坐標(biāo)；

——溫度擾動(dòng)前鋒面的坐標(biāo)；

40——解凍時(shí)間；

x——食品厚度方向的坐標(biāo)。因?yàn)闇囟茸兓秶淮?，所以食品的熱物性可視為常?shù)，由于引入了表觀比熱和表觀導(dǎo)熱系數(shù)，從而可忽略食品內(nèi)含水量引起的食品內(nèi)部的相變潛熱。為了求得這一階段的解，可采用模型模擬的方法，來確定食品內(nèi)的溫度分布。為此，首先建立一個(gè)忽略相變問題的模型。該模型的其它條件均與上面討論的解凍過程的第一階段的物理模型相同，即研究一厚度為2L的平板問題（），其初始狀態(tài)為均勻溫度分布ti，當(dāng)時(shí)，的界面上的溫度維持為冰點(diǎn)溫度t1，該問題可用下列方程表示：

(8-6)(8-7)——解凍41

（8-8） （8-9） （8-10）顯然，可將溫度擾動(dòng)區(qū)域視作一熱層,在這個(gè)熱層內(nèi)對(duì)方程(8-6）積分，可得：

(8-11)

42由（8-7）、（8-8）、（8-10）、（8-11）可得：

(8-12)上式即為該問題的能量積分方程，為求解該問題，選用下列多項(xiàng)式表示溫度分布： （8-13）上式中的系數(shù)一般均為時(shí)間的函數(shù)，為了能用來表示這三個(gè)系數(shù)，利用式（8-7）、（8-8）和（8-10）解得的溫度分布為：

(8-14)由（8-7）、（8-8）、（8-10）、（8-11）可得：43將（8-14）式代入（8-12）式，經(jīng)簡化后，可得下式： （8-15）將初始條件代入可解得：

（8-16）因此可得到模型的溫度分布為：

（8-17）

將（8-14）式代入（8-12）式，經(jīng)簡化后，可得下式：44計(jì)算表明，食品表面的霜層不厚，約為，因?yàn)樗獙訉?duì)食品內(nèi)的溫度分布影響不大，所以用食品的相變移動(dòng)界面坐標(biāo)代替（8-12）中的半厚度L，不會(huì)給計(jì)算結(jié)果帶來很大的誤差，這樣將溫度分布用到解凍過程中的第一階段中，可得： （8-18）式（8-12）也可改寫成：

(8-19)將（8-13）代入上式，可得：

(8-20)計(jì)算表明，食品表面的霜層不厚，約為，因?yàn)樗獙訉?duì)食品內(nèi)的溫度分45式中，

(8-21)(8-22)(8-23)根據(jù)初始條件：可求得相變界面

(8-24)式中，46至此，求得第一階段的溫度分布為：

(8-25)至此，求得第一階段的溫度分布為：472、霜層消融階段結(jié)霜階段結(jié)果后，隨著水蒸氣與霜層表面的不斷換熱，霜層轉(zhuǎn)變成冰層并開始融化，另一部分則傳入食品內(nèi)部使食品的溫度繼續(xù)升高，直至冰層全部融化，這一階段可用下面的模型來描述：

(8-26)上式的初始條件和邊界條件為：

(8-27)(8-28)(8-29)2、霜層消融階段48式中，H為霜的融化潛熱。首先，根據(jù)熱層的概念，在處而在處，由于水蒸氣的流動(dòng)，補(bǔ)充和交混，水蒸氣溫度幾乎保持不變，因此也有。然而在整個(gè)解凍過程中，從溫度擾動(dòng)波及中截面開始,在的區(qū)域內(nèi)，食品就不再存在有的區(qū)域或界面了，故可以把視作一熱層，在熱層中，對(duì)（8-26）式積分，可得：

(8-30)由（8-27）和（8-28）、（8-29）式，可將（8-30）簡化為：

(8-31)式中，H為霜的融化潛熱。49上式即為霜層融化階段的能量積分方程，為求解此方程，可將食品在這一階段的溫度分布用下面的二階多項(xiàng)式進(jìn)行擬合：

(8-32)為求解上式中的系數(shù)a1、b1、c1，首先對(duì)（8-28）式求導(dǎo)：即

(8-33)由式（8-27）和（8-33）消去項(xiàng)，得到：

(8-34)上式即為霜層融化階段的能量積分方程，為求解此方程，可將食品在50將上式與（8-26）式綜合，消去項(xiàng)，得：

(8-35)由（8-28）、（8-29）及（8-35）就可求得（8-32）中的三個(gè)系數(shù)a1、b1、c1，最終可得溫度分布表達(dá)式為：

(8-36)式中

(8-37)(8-38)食品冷凍保鮮原理與設(shè)備(課件)第八章51顯然，。將（8-36）、（8-37）及（8-38）代入（8-31）中，經(jīng)簡化整理后，可得到下面的確定相界面位置的方程：由初始條件，（s0為第一階段末的相變界面的位置）可求得：

當(dāng)s=L時(shí)，第二階段結(jié)束。顯然，。523、無相變解凍階段由于引入了表觀比熱和表觀導(dǎo)熱系數(shù)，且忽略了食品含水量引起的相變潛熱，所以這一階段的物理過程比前兩個(gè)階段都要簡單，其數(shù)學(xué)模型為：

(8-41)

(8-42)