一种改善高含水率食品和农产品射频加热均匀性方法

摘要

本发明公开了一种食品和农产品射频加热方法：(1)提供电磁波导架，所述电磁波导架置于待加热物料的内部；(2)提供平行的上下极板，将物料和电磁波导架放置于所述下极板中间位置；(3)开启射频加热系统，对所述待加热物料进行射频加热；(4)使用光纤测温系统实时监控物料内部温度，适时停止射频加热。本发明利用新型电磁波导架简便地实现了射频加热物料内部电磁场和温度的均匀分布，提高了射频加热效率，为射频加热技术优化应用提供了技术支持。

说明书

技术领域

本发明属于食品和农产品和农产品加工技术领域，具体涉及一种高含水率食品和农产品射频加热均匀性改进方法。

背景技术

在食品和农产品和农产品加工中，高含水率物料是一个大类，基本包括半成品、生鲜和半流食品和农产品。近年来，随着国内外对食品和农产品和农产品加工安全及其加工效率的要求不断提高，食品和农产品加工业也越来越重视在保证加工品质的前提下不断提高产品质量以及生产效率。

在食品和农产品加工过程中，加热一直以来是最为重要的一个生产环节和手段，其目的主要包括熟化、干燥和杀菌等。传统加热方法包括热风、热水和蒸汽等，有着悠久的历史，但是同时也存在一些问题，例如加热速率低、能源损耗大、加工效率低和物料品质差等。因此开发一种新的加热方法来改进生产效率并降低能耗有着重大意义。

电磁介电加热作为一种新型的加热技术，以其快速、清洁和易控等特点而在近年来被大量的应用和研究。其中射频(30KHz～300MHz)加热技术对大尺寸物料有更好的选择性加热和整体加热效果，具有良好的应用前景。但是射频加热技术也因其电场分布会受到物料形状和介电损耗因子的影响而发生扭曲，从而导致物料加热不均匀，尤其是在介电损耗因子随着物料含水率的增加而不断上升的情况下，会更进一步降低射频加热均匀性。出现非均匀加热现象不仅达不到预期的加热效果，而且会破坏物料品质，尤其是对热敏性食品和农产品营养成分的破坏尤为严重。为提高射频加热均匀性，福建农林大学申请的发明专利“一种低导热农产品和食品和农产品射频加热方法”(公布号：CN 105554929A)中提出：用与待加热物料介电常数相同的塑料块包设于所述物料的周侧和下侧来提高射频加热均匀性，效果显著，但是该方法仅适用于低含水率物料，而且具有一定的操作复杂性，难以应用于实际生产中。因此，开发一种既能简便地提高射频加热均匀性，又能适用于高含水率物料的新射频加热方法，对射频加工工艺改进和工业化应用有着重大意义。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的是针对高含水率食品和农产品物料，提供一种适用范围广、成本低廉、操作简单、能耗低、适于工业化生产的射频加热新方法来提高射频加热均匀性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种高含水率食品和农产品射频加热方法，提供一种电磁波导塑料架，所述塑料架置于待加热物料内部；还需提供一种平行极板式射频加热系统，将配置有电磁波导架的待加热物料放置于上下极板之间，且与下极板贴近；启动射频加热系统，对物料进行加热，并利用光纤测温系统实时监测加热温度，适时停止射频加热。

所述电磁波导为十字型泡沫塑料块。

所述泡沫塑料波导架放置于长方体物料中心部位且其四侧端面与容器壁接触。

所述泡沫塑料波导架高度不得超出物料高度。

所述泡沫塑料波导架介电损耗因子需要远低于待加热物料。

所述泡沫塑料波导架的材料为聚苯乙烯。

提供一种光纤测温系统，包括光纤探头和数据采集器，所述光纤系统用于实时监测物料的射频加热温度，适时控制射频加热。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：利用结构简易的电磁波导架来改变物料内部的电磁场分布状态，从而在提高了高含水率物料射频加热均匀性的同时加快了其加热速率，缩短了加热时间并且减少了物料加热的能耗。本发明适用范围广、操作简单、成本低廉且使待加热物料均匀性得到显著提高，保护了食品和农产品物料原有的品质，具有工业化应用的价值和意义。

进一步的，对于电磁波导架所使用的材料，可以使用其它低介电损耗因子的材料来代替泡沫塑料。

进一步的，对于射频加热时物料所使用的容器，也可以用其他形状规则的容器盛装物料。

进一步的，对于其它介电损耗因子或含水率较高的物料，同样可以采用本发明中的方法来提高其射频加热均匀性。

附图说明

图1为塑料电磁波导在物料中的位置示意图

图2为射频加热原理以及物料放置位置示意图

具体实施方案

下面采用具体实施例的方式具体地解释本发明，但本发明不局限于实施例。

本发明包括以下步骤：

(1)如图1所示，将电磁波导架1架置入物料2内部，所述波导架为十字型实心泡沫塑料块，其高度略小于所述加热物料2的高度，并且电磁波导架的四侧端面与物料容器壁3相接触，其中，电磁波导架的介电损耗因子应远小于待加热物料。

(2)如图2所示，将装有电磁波导架的待加热物料放置于下极板5中心位置，且位于相互平行的上极板4和下极板5之间，在此结构的支持下，由于介电损耗因子的差异使得物料中电场分布产生变化，改善物料内部的电磁场分布状态，进而改善射频加热温度。

(3)开启与所述上极板4相连的射频发生器6，对物料2进行射频加热，在加热过程中，物料保持均匀加热。

(4)还需提供光纤测温系统7，所述光纤测温系统用于实时监测所述待加热物料2的温度，具体实施时，可将光纤测温探头放置于物料的相应位置，比如待加热物料的边角处和中部。待物料到达预定温度停止射频加热。

所述待加热物料2为高含水率农产品或食品和农产品物料，尤其以粉末状、半流状物料优势更大；下面具体通过马铃薯淀粉为例进行详细说明：

马铃薯淀粉属于粉末状初加工食品和农产品，在食品和工业领域有着广泛的应用。在马铃薯淀粉生产流程中，经过脱水工艺处理后，得到湿基含水率约40％的马铃薯原淀粉，需要对其进行干燥以达到17％以下的安全贮藏含水率，目前马铃薯淀粉所使用的主要干燥手段是热风干燥，这一生产环节会消耗大量的能源和时间，与当前节能减排的绿色生产倡导相矛盾，因此采用射频加热干燥方式改进生产工艺很有现实意义。具体实施时，考虑到工业化加工便利，使用矩形塑料容器，根据容器尺寸使用泡沫塑料制作电磁波导架放入容器底部，再将湿基含水率为31.55％的马铃薯淀粉500g填装入容器内，其中泡沫塑料的介电损耗因子远远低于高含水率马铃薯淀粉；射频加热设备采用6kW、27.12MHz射频加热系统，本实施例中，塑料容器的尺寸为132×184×64mm3，上下极板间距为110mm，电磁波导架的高度为50mm，宽度为3.5mm，马铃薯淀粉的高度为54.2mm。

以上所述仅为本发明较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

本发明为了解决现有农产品物料射频介电加热均匀性差和物料品质损害等诸多问题，特别针对高含水率物料，首次引入结构简单的泡沫塑料电磁波导架到物料内部引导电磁场均匀分布，取得了理想的加热均匀效果，有效缩短了加热时间，保护了食品和农产品物料原有的品质，极大地提高了射频加热的工业适用性。