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淡水鱼糜及其复合素材微波加热的特性研究

作　者: 杨松
导　师: 程裕东
学　校: 上海海洋大学
专　业: 食品科学与工程
关键词: 鱼糜大豆蛋白微波加热温度分布数值模拟破断强度
分类号: TS254.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 76次
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内容摘要

我国淡水鱼资源丰富,但消费增长缓慢,而采用鱼糜加工所得的小包装鱼糜制品,很大程度上提高了淡水鱼的附加值,同时在鱼糜制品中添加大豆蛋白可以提高鱼糜的营养成分,满足不同人对动植物蛋白的需求。微波加热作为一种高效、节能的加热方式在水产品加工中越来越多的受到人们的关注。为探究微波加热过程中淡水鱼糜制品中温度分布和破断强度形成的机理,以含水率78%的白鲢鱼糜(hypophthalmichthys molitrix)为对象,在鱼糜中添加大豆分离蛋白乳化物,调制成不同比例组分的实验样品,通过实验分别考察了微波加热60s、90s、120s的条件下,半径分别为11mm、18mm、22mm的圆柱型鱼糜及其复合素材的温度分布和凝胶强度,并从理论上对凝胶形成的热力学机理进行探讨。同时根据实测的介电特性值和热物性值,运用有限元的方法,对微波加热过程的电磁场和温度场进行理论解析,建立了预测鱼糜及其复合素材微波加热的二维温度分布的数学模型,并对数值模拟值与实验值相比较,证明了数学模型能够很好的预测鱼糜及其复合素材微波加热的温度分布,并能够从理论上揭示温度分布的内部机理,为改善微波加热过程中鱼糜制品的温度分布均匀性,优化产品质量提供理论依据,减少或避免费力耗时的试验。通过以上研究,得到以下主要结论:(1)样品的尺寸对鱼糜制品的温度分布有显著影响。表现在小尺寸(R=11mm)中心温度高,温度分布不均匀;大尺寸(R=22mm)中心温度低,冷热点分布不匀,冷热点温差大;中间尺寸(R=18mm)温度分布较均匀。(2)加热时间对温度分布的影响主要表现随加热时间的增大,截面温度整体逐渐增大;R=11mm和R=22mm两种尺寸的样品径向温差随加热时间的增大而增加,温度分布随加热时间的增大而越不均匀;R=18mm的样品径向温度分布随加热时间的增加无明显变化,而轴向温差随加热时间的增加表现为先减小后增大。(3)SPI乳化物含量的不同,径向各点一维温度分布不同,表现为:单一鱼糜温度最高,温度随SPI乳化物的添加量增加而上升,切面温差也随SPI乳化物的添加量增大而增大。(4)样品的尺寸、加热时间和SPI乳化物含量对破断强度也有影响,通过对鱼糜微波加热的凝胶形成热力学分析,样品尺寸和加热时间对破断强度影响的内部机理主要是温度分布的不同造成破断强度的差异,表现为温度与破断强度呈正相关;SPI乳化物含量对破断强度的影响主要是两种不同类蛋白质的相互作用,受大豆蛋白、含油量等因素的影响。(5)利用有限元方法建立的二维温度分布数学模型,模拟计算值与实验值呈现良好的一致性,说明数学模型的可靠性;同时通过数学模拟分析,从理论基础上解析了样品尺寸、加热时间和SPI乳化物含量对鱼糜制品温度分布影响的原因。(6)在数值分析过程中,通过实测的介电性和热物性数据,建立了经验公式,弥补了淡水鱼糜及其复合素材介电性和热物性数据的空白,也为研究其他加热过程的工程计算提供准确的参数,为加工设备的设计提供重要参数。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章引言  11-20
  1.1 研究背景  11
    1.1.1 我国淡水鱼加工现状  11
  1.2 既往研究  11-17
    1.2.1 鱼糜制品的相关研究  11-12
    1.2.2 微波加热及其在鱼糜制品加工中应用的相关研究  12-13
    1.2.3 微波加热温度分布的相关研究  13-16
    1.2.4 介电特性的相关研究  16
    1.2.5 热物性的相关研究  16-17
  1.3 研究目的、意义及内容  17-20
    1.3.1 立题依据  17-18
    1.3.2 研究目的、内容和意义  18-20
第二章白鲢鱼糜及其复合素材微波加热的温度分布实验研究  20-45
  2.1 引言  20
  2.2 材料和方法  20-27
  2.3 结果与讨论  27-44
    2.3.1 鱼糜及其复合素材微波加热实验的可重复性验证  27-29
    2.3.2 样品尺寸对鱼糜温度分布的影响  29-32
    2.3.3 加热时间对鱼糜温度分布的影响  32-35
    2.3.4 样品尺寸和加热时间对鱼糜复合素材温度分布的影响  35-37
    2.3.5 SPI 乳化物含量对鱼糜复合素材温度分布的影响  37-44
  2.4 本章小结  44-45
第三章白鲢鱼糜及其复合素材微波加热破断强度的实验与理论研究  45-61
  3.1 引言  45
  3.2 白鲢鱼糜及其复合素材微波加热凝胶特性的实验研究  45-53
    3.2.1 材料和方法  45-48
    3.2.2 结果与讨论  48-53
      3.2.2.1 样品尺寸对鱼糜微波加热凝胶特性的影响  48-49
      3.2.2.2 微波加热时间对鱼糜凝胶弹性的影响  49-50
      3.2.2.3 半径对鱼糜破断强度的影响  50-51
      3.2.2.4 SPI 乳化物含量对鱼糜及其复合素材破断强度的影响  51-53
    3.2.3 结论  53
  3.3 白鲢鱼糜及其复合素材微波加热的破断强度分布的理论研究  53-59
    3.3.1 鱼糜加热凝胶化的热力学机理  53-54
    3.3.2 结果与讨论  54-59
      3.3.2.1 鱼糜及其复合素材凝胶形成速度的比较  54-57
      3.3.2.2 温度分布与破断强度之间的关系  57-59
  3.4 本章小结  59-61
第四章白鲢鱼糜复合素材微波加热温度分布的理论解析  61-99
  4.1 引言  61
  4.2 数学模型的建立  61-67
    4.2.1 3D 微波炉的电磁模型的建立  61-63
    4.2.2 样品内在电磁场的电磁模型和边界条件  63
    4.2.3 样品内在温度场的传热模型和边界条件  63-64
    4.2.4 运用有限元方法求解电磁模型和传热模型的理论基础  64-65
    4.2.5 运用有限元分析软件COMSOL Multiphysics 计算电磁场和温度场  65-67
  4.3 鱼糜及其复合素材的介电特性的测定  67-76
    4.3.1 实验材料和方法  68
    4.3.2 结果和讨论  68-76
      4.3.2.1 温度和频率对白鲢鱼糜介电常数和介电损失率的影响  68-71
      4.3.2.2 温度和SPI 乳化物含量对鱼糜复合素材的介电常数和介电损失率的影响.  71-73
      4.3.2.3 白鲢擂溃鱼浆及其复合素材的穿透深度  73-75
      4.3.2.4 预测方程  75-76
    4.3.3 结论  76
  4.4 鱼糜及其复合素材的热物性的测定  76-84
    4.4.1 实验材料和方法  76-77
      4.4.1.1 实验材料  76
      4.4.1.2 实验方法  76-77
    4.4.2 结果和讨论  77-84
      4.4.2.1 密度  77-79
      4.4.2.2 比热  79-81
      4.4.2.3 热扩算率  81-83
      4.4.2.4 预测方程  83-84
    4.4.3 结论  84
  4.5 微波加热数学模型解的求解  84-89
    4.5.1 在COMSOL3.5a 中建立模型  84-86
    4.5.2 模型和样品主要参数值  86-87
    4.5.3 网格划分和计算  87-89
  4.6 微波炉和样品的电磁模型的模拟计算结果  89-97
    4.6.1 微波炉和样品中的电场分布计算值  89-90
    4.6.2 鱼糜及其复合素材功率吸收密度实验值与模拟值比较  90-92
    4.6.3 鱼糜及其复合素材径向一维升温曲线实验值与模拟计算值比较  92-95
    4.6.4 鱼糜及其复合素材截面二维温度分布实验值与模拟计算值比较  95-97
  4.7 本章小结  97-99
第五章结论  99-101
  5.1 本研究的结论  99-100
  5.2 展望  100-101
参考文献  101-107
致谢  107

淡水鱼糜及其复合素材微波加热的特性研究

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