豆浆连续通电加热工艺与装置优化设计

摘要

热处理在食品加工中具有非常重要的地位，它不仅影响食品物料的最终质量品质，而且还影响到食品加工过程中能源消耗及产品制造成本的高低。通电加热也被称为焦耳加热，它的基本原理是把食品物料作为电路的一部分，当电流通过食品物料时，由于食品物料固有的阻抗特性而将电能直接在食品内部转化为热能，从而达到加热食品的目的。通电加热具有加热迅速均匀、无需加热面、易控制、能量转化率高和环境友好等优点，此外通电加热还能对固体食品及含有颗粒的固液混合食品进行高温快速杀菌，因此，通电加热在食品加工中是最具有发展潜力的热处理技术之一。通电加热技术在国外的研究起步较早，在美国、英国和日本等国家已有成功运行的连续通电加热设备。目前我国对连续通电加热装置的研究处于实验室探索阶段。通电加热技术对食品质量影响也需要进一步研究。
　　本论文主要开展两方面的研究工作:一方面以豆浆为研究对象，利用自制静态通电加热装置研究了在不同电场条件下通电加热对豆浆中抗营养因子（脲酶和胰蛋白酶抑制剂）的影响;另一方面，以上述研究结果为依据，初步设计液体食品连续通电加热装置液路系统。主要包括以下几个部分:
　　(1)为研究通电加热处理对豆浆中脲酶和胰蛋白酶抑制剂活性的影响，利用静态通电加热装置对豆浆进行通电加热处理，并与传统加热方式进行对比。在试验过程中保证两种加热方式的加热历程一致，以消除热效应的影响。研究发现，当加热终止温度和保温时间相同时，通电加热条件下豆浆中的脲酶和胰蛋白酶抑制剂的活性值均低于传统加热条件下豆浆中脲酶和胰蛋白酶抑制剂的活性值，因此可以得出，电场对豆浆中脲酶和胰蛋白酶抑制剂的钝化有促进作用。
　　(2)为了研究通电加热不同电场条件对豆浆中脲酶和胰蛋白酶抑制剂的影响，利用静态通电加热装置在不同的电场条件下对豆浆中的脲酶和胰蛋白酶抑制剂进行通电加热处理。试验结果表明:对脲酶来说，当加热终止温度相同时，在相同的加热历程下，豆浆中脲酶活性随着电源频率的提高而显著降低;但是当电源频率一定时，豆浆中脲酶活性随着电压的提高而增加。而对胰蛋白酶抑制剂来说，当加热终止温度相同时，在相同的加热历程下，豆浆中胰蛋白酶抑制剂活性随电源频率的增大而增大;当电源频率一定时，豆浆中胰蛋白酶抑制剂活性随电压的提高而降低。这主要是因为脲酶是一种含镍的金属酶，通电加热过程中的极板上的离子迁移对脲酶的活性产生了影响。
　　(3)利用两段式模型对通电加热和传统加热处理的豆浆中脲酶和胰蛋白酶抑制剂活性钝化动力学过程进行拟合。研究发现，对脲酶来说，无论采用传统加热还是采用通电加热，在保温阶段，各加热终止温度条件下拟合的决定系数R2都在0.990以上，表明豆浆中脲酶钝化动力学过程符合两段式模型。由此可以得出:豆浆中的脲酶可分为热敏感型和热稳定型两种。对拟合参数进行分析发现电场对豆浆中热敏感型脲酶的钝化过程有促进作用，而对热稳定型脲酶的钝化无显著影响。对胰蛋白酶抑制剂来说，两种加热方式下，在保温阶段，各加热终止温度条件下拟合的决定系数R2都在0.994以上，说明胰蛋白酶抑制剂的热钝化动力学也符合两段式模型。然而，在电场的作用下，无论是热敏感型还是热稳定型的胰蛋白酶抑制剂的热钝化速率都比传统加热条件的高。在保温阶段，传统加热条件下钝化KTI和BBI的活化能分别为155.62kJ/mol和168.42kJ/mol，通电加热条件下钝化KTI和BBI的活化能分别为153.33kJ/mol和158.43kJ/mol，说明豆浆中胰蛋白酶抑制剂在电场条件下更容易钝化。
　　(4)设计了液态食品连续通电加热装置。在装置中使用了不易腐蚀的环状钛电极，避免对食品物料的污染，并利用板式热交换器的热回收段对生豆浆预热，提高能量的利用率。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 通电加热技术国内外研究现状

1．2．2 豆浆中脲酶钝化研究现状

1．2．3 豆浆中胰蛋白酶抑制剂钝化研究现状

1．3 存在的问题

1．4 研究内容和目标

1．5 课题来源

2 通电加热对豆浆脲酶活性的影响研究

2．1 前言

2．2 热处理对豆浆脲酶活性的影响

2．2．1 试验材料与试剂

2．2．2 试验仪器

2．2．3 试验方法

2．2．4 试验结果与分析

2．3 小结

3 通电加热对豆浆胰蛋白酶抑制剂活性的影响研究

3．1 前言

3．2 热处理对豆浆胰蛋白酶抑制剂活性的影响

3．2．1 试验材料与试剂

3．2．2 试验仪器

3．2．3 试验方法

3．2．4 试验结果与分析

3．3 小结

4 豆浆连续通电加热装置液路系统的初步设计

4．1 引言

4．2 连续通电加热装置整体结构设计和工作原理

4．3 连续通电加热装置液路系统的设计

4．3．1 连续通电加热装置液路系统总体设计及工作原理

4．3．2 加热室的设计

4．3．3 压力控制系统的设计

4．3．4 流量控制系统的设计

4．4 小结

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 建议

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况