通电加热对豆浆中脂肪氧化酶的影响及数值模拟研究

摘要

食物的热处理是食物加工过程中较为关键的过程之一，经过这一步的处理可以改良口感及减少有害物质的含量，同时也能起到杀死有害微生物的作用。热处理的过程涉及到能源的消耗，食品的加工效率，操作的复杂程度等方面。所以，针对特定的食品，找到适合的处理方法就显得极其关键了。通电加热是近几年新型的加热技术，它的基本原理是，直接将需要加热的物料作为导体，利用通电后自身的产热达到加热的目的。通电加热有着诸多的优点，例如，加热速度快，能源转换率高，加热均匀，可精确控制加热量等。通电加热涉及到的领域也比较多，既可以对液态的食物加以处理，同时可以对呈固态的食物及液体中含有颗粒的两相食物进行杀菌的处理，所以通电加热是一项值得大力发展的技术。在西方的一些国家，通电加热这项技术早就进入研究人员的视野之中，在北美、欧洲的一些国家甚至日本对通电加热设备的研究比较深入，设计已经比较成熟。而在我们国家，在可以连续加热食物的通电加热设备方面还没有成熟的技术。利用通电加热技术处理的食物，会在成分上与其他热处理存在不同，对于这一方面的研究还不够全面和深入。所以，加强这方面的研究，对继续深入探讨通电加热这项技术是极其重要和有意义的。
　　本文研究的重点是从这两个方面进行展开的：一方面把存在于豆浆中的脂肪氧化酶（LOX）作为实验研究的目标，主要考察在不同的通电加热条件下，处理后的豆浆中脂肪氧化酶活性的不同，找到影响脂肪氧化酶活性的因素；另一方面，采用有限元的方法对通电加热的过程进行了较为初步的分析。主要包括以下几个方面：
　　（1）为了测定出生豆浆中脂肪氧化酶的含量，利用脂肪氧化酶标准品进行试验，测定出脂肪氧化酶标准曲线，经过计算得出：以荷豆12品种的大豆为试验材料，按1:10的豆水比制备的生豆浆中，脂肪氧化酶的浓度为0.15mg/mL，活性为2885U。
　　（2）为了确定在通电加热过程中影响豆浆中脂肪氧化酶活性的因素，试验采用控制变量法，依次改变电源电压、电源频率、保温时间等因素对豆浆进行通电加热处理，试验结果表明：在保温阶段，脂肪氧化酶的钝化符合一级动力学方程，活性随保温时间的延长而降低，并且脂肪氧化酶活性的钝化速率逐渐的变慢。
　　（3）电源的频率对豆浆中的脂肪氧化酶活性同样会产生影响，较高的频率会加快脂肪氧化酶的钝化，而电源频率高于500Hz时，电源频率的改变对脂肪氧化酶活性的影响并不显著。
　　（4）为探究通电加热过程中电场这一因素对存在于豆浆中的脂肪氧化酶活性的作用，试验采用两种加热处理对比的方式进行，在试验的过程中保持各时间段的温度相一致，从而消除热效应这一因素对于酶的影响。试验得出结论：当加热终止温度相同时，通电加热条件下豆浆中的脂肪氧化酶活性值均低于传统加热条件下豆浆中脂肪氧化酶的活性值，在每一个终止温度的温度点，经两种加热方式处理后的豆浆样品中，脂肪氧化酶的活性存在明显的差异，经传统加热处理后的豆浆样品，脂肪氧化酶的活性更高。对此我们可以得出以下结论：电场的存在会对脂肪氧化酶的活性产生较大的影响，会加快脂肪氧化酶的钝化。其机理可能是电场作用于脂肪氧化酶活性中心的Fe3+，造成了铁离子价态的变化，从而使脂肪氧化酶的活性降低。
　　（5）对静态和连续式通电加热设备的加热过程进行计算机模拟分析，得出通电加热设备在加热过程中电场以及各部分温度变化的情况。

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1引言

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3存在的问题

1.4研究内容和目标

1.5课题来源

2通电加热对豆浆脂肪氧化酶活性的影响研究

2.1前言

2.2测定脂肪氧化酶活性的原理

2.3热处理对豆浆脂肪氧化酶活性的影响

2.4小结

3通电加热过程数值模拟初步研究

3.1前言

3.2数值模拟的基本理论及方法

3.3静态通电加热数值模拟初步分析

3.4连续式通电加热设备的模拟分析

3.5小结

4结论与建议

4.1结论

4.2创新点

4.3建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况