微波对应型调味淡水鱼片的加热特性研究

摘要

我国淡水渔业产量逐年增长,而淡水鱼资源的加工率不足10％,产品附加值低。将淡水鱼鱼片进行调味处理制成经短时加热处理即可食用的微波对应型HMR调理制品,是扩大淡水鱼资源利用的有效途径。为了开发一种品质可控的微波对应型调味淡水鱼片制品,必须了解鱼片制品的微波加热特性,提高其微波加热后的温度分布均匀性,而样品的介电特性、样品的尺寸和电磁场强度则是影响食品微波加热特性的关键因素。本研究首先对常见的三种淡水鱼青鱼、白鲢和花鲢的生鲜鱼片的介电特性值进行了考察;进而选定青鱼鱼片来探究不同调味成分浸渍处理对其介电特性的影响;随后研究基于传热方程和麦克斯韦电磁方程,根据经测定得到的鱼肉样品的介电特性和热物性数据,运用有限元方法建立微波加热的温度分布数学模型,为优化样品加热条件,并对加热效果加以有效预测提供了基础。研究结果表明:
　　常见淡水鱼鱼种间介电特性的差异是由它们的水分含量不同所造成,因淡水鱼间主要组成成分相近,故而不同鱼种间介电特性的差异较小。在915MHz和2450MHz频率下各类样品的介电常数随温度的升高而减小,生鲜样品介电常数的减小幅度大于预加热样品。通过分析加热过程中水分含量变化情况和用DSC测得的不同鱼种样品的肌球蛋白和肌动蛋白热变性温度可知,因蛋白质变性导致的水分流失是预加热样品介电特性区别于生鲜样品的主要原因。应用Lichtenecker方程证明了蛋白质热变性本身对介电特性的影响远远小于因蛋白质变性而导致的水分流失所造成的影响。
　　选定食盐为对鱼片进行调味处理的主要考虑成分,选用浸渍为调味的方法,通过将青鱼鱼片置于1%、2%、3%和4%的食盐溶液中浸渍来制作经调味的鱼片样品,考察不同调味成分浸渍处理对样品在微波频率下不同温度时的介电特性的影响。因蛋白质变性而引起的水分流失同样导致了经调味生鲜样品介电特性区别于其预加热样品。经调味的样品因盐溶液的渗透使得样品的介电行为在一定程度上接近于相应盐浓度的调味溶液,调味处理对样品的介电常数影响较小,而对样品介电损失率影响显著,随着调味液盐浓度的增加和温度的升高急剧增大,穿透深度则随着调味液盐浓度的增加和温度的升高而减小。
　　微波加热实验测定了在微波功率300W、400W和500W条件下加热一定质量圆柱型的经调理鱼片样品至其中心温度达到80℃时的温度分布情况以及其热点和中心的升温情况,研究发现样品在较低的功率下加热相对较长时间更有利于样品的温度分布均匀性和微生物安全性。为了建立温度分布数学模型,研究中测定了经调理鱼片在温度区间10℃~90℃间的密度、比热容和热扩散率。其密度与温度呈负相关,比热与温度呈正相关,通过回归分析可得到样品密度和比热容与温度的关系。采用软件COMSOL3.5a建立了3D电磁模型,根据鱼片样品介电特性和热物性数据,通过对电磁波求解和热物理场求解,计算模拟出样品在微波加热过程中的温度分布。对比计算结果与实际微波加热实验的结果,显示模拟值与实际测定值有较好的一致性,模型可对加热效果加以有效预测。选取质量分别为50g、100g和150g的鱼片样品,对应加热功率分别为100W、200W和300W进行微波加热模拟,通过调整样品的尺寸来考察其最佳样品尺寸,结果显示50g、100g和150g样品所对应的最佳尺寸分别为直径50mm高25mm、直径65mm高30mm和直径65mm高45mm。
　　通过模型计算能更为准确的掌握考察对象的微波加热特性,为工业生产品质可控的微波对应型调味淡水鱼片制品提供重要研究基础。

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第1章 引言

1.1研究背景

1.2既往研究

1.3研究意义及内容

第2章 微波频率下生鲜淡水鱼片的介电特性研究

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 微波频率下调味青鱼鱼片的介电特性研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 微波加热条件下调味鱼片的温度分布模拟

4.1 引言

4.2材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论

5.1本研究结论

5.2展望

参考文献

附录： 作者在校期间发表的论文

致谢