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第三章 遠紅外線在食品工業(yè)中的應用第一節(jié) 遠紅外線加熱的原理一、物質(zhì)吸收遠紅外線的機制和條件、遠紅外線的概念 遠紅外線是指波長為2.5-1000um的電磁波。、吸收機制與吸收條件 構(gòu)成物質(zhì)的基本質(zhì)點是分子、原子和電子。這些質(zhì)點即使處于基態(tài)都在不停地運動著振動和轉(zhuǎn)動。這些運動都有自己的固定頻率。當遇到具有某個頻率的紅外線輻射時,如果紅外線的頻率與基本質(zhì)點的固有頻率相等,則會發(fā)生與共振學中共振運動相似的情況,質(zhì)點會吸收紅外線,并使運動進一步激化;如果二者的頻率相差較大,那么紅外線就不會被吸收而可能穿過。 基本質(zhì)點吸收紅外線由一個能級躍遷到另一個能級,必須滿足玻爾的量子條件,即: Em -En =hvmn 式中 Em高能級能量 En低能級能量 h普朗克常數(shù) vmn紅外線頻率 基本質(zhì)點不具備上式的能級,則不會吸收頻率為mn 的紅外線。、遠紅外線的加熱原理、用遠紅外線加熱食品的理由、用遠紅外線干燥水分的理由 二、物質(zhì)對遠紅外線的選擇吸收、物質(zhì)不是對所有的遠紅外線都會產(chǎn)生吸收,只對其中滿足mn =Em -En 的遠紅外線輻射產(chǎn)生吸收,其頻率不能滿足此式的遠紅外輻射則會穿過。、物質(zhì)分子的吸收能級很多,各個能級的躍遷能級不等。因此實際的吸收不是單一的,而是復雜的,并拌有多種能級躍遷的吸收過程。不同的物質(zhì)能級不同,其吸收光譜也不同。圖3-3,3-4是幾種食品物料在紅外區(qū)的吸收光譜。 三、輻射與吸收的匹配 、選擇性輻射輻射能力按不同波長而變化的特性稱作選擇性輻射。 、匹配輻射加熱當物料的選擇性吸收與輻射源的選擇性輻射相一致時,稱為匹配輻射加熱。 、匹配輻射的標志只要輻射體的輻射能分布曲線的峰區(qū)與物料的主吸收峰區(qū)相重合,并且輻射體在該峰區(qū)具有較高的單色輻射率,就可以粗略地認為達到了良好的匹配。 四、遠紅外線加熱的特點(P112)、熱輻射率高;、熱損失小;、容易進行操作控制;、加熱速度快,傳熱效率高;、有一定的穿透能力;、產(chǎn)品質(zhì)量好;、熱吸收率高。第二節(jié) 遠紅外加熱的設(shè)備的分類 有箱式加熱爐和隧道式加熱爐。 第三節(jié) 遠紅外加熱在食品工業(yè)中的應用一、食品遠紅外干燥 用于谷物、面條、中草藥的干燥。 優(yōu)點:加熱速度快,吸收均勻,加熱效率高,化學分解小,原料不易變性,適于熱敏性物質(zhì)的干燥。實例一:菠菜干燥實例二、水產(chǎn)品干燥實例三、面條干燥二、食品遠紅外焙烤 優(yōu)點:加熱速度快,表層加熱效果好,因此可以滿足焙烤的要求。 實例:在酥性餅干的制造中,傳統(tǒng)的做法是在80下進行第一次干燥,但在該條件下,表面和內(nèi)部的水分分布不均勻,膨化是產(chǎn)生大小不一的氣泡,因此產(chǎn)品咬感較差。而采用遠紅外干燥,不僅無此現(xiàn)象,而且還可節(jié)約分鐘時間。在第二次干燥時,還可節(jié)約2/3的時間。同時可節(jié)約62%的廠房面積和19%的燃料費用。三、食品遠紅外熟成、遠紅外熟成的概念 利用遠紅外線輻射食品時,引起食品內(nèi)部水分及有機物質(zhì)分子振動,導致蛋白質(zhì)、碳水化合物等物質(zhì)的變化,從而達到熟化的效果。、實例實例一:降低煮蛋時的破殼率 傳統(tǒng)方法煮蛋的過程及缺點過程是先將蛋放入的水中,然后在水浴中加熱到,再用冷水冷卻到。由于蛋與水的溫差較大,所以破殼率較高,且造成水中微生物對蛋的污染。 遠紅外線加熱的過程及優(yōu)點采用干式加熱,不需放入水中。加熱均勻,熟度一致,不受水中微生物的污染,破殼率由降低到,常溫下放置個月不會敗壞。 實例二:加速酒的陳釀速度 一般酒類的陳釀時間要年至數(shù)年,但用遠紅外線照射,僅需數(shù)小時甚至幾分鐘。實例三:加速腌漬進程四、食品遠紅外殺菌 優(yōu)點:遠紅外線加熱殺菌不需經(jīng)過熱媒。遠紅外線直接照射到待殺菌的物品上,傳熱直接由表面滲透到內(nèi)部,另外有部分遠紅外線直接穿透表面,加熱內(nèi)部加熱(穿透力比微波稍差)。因此,遠紅外線不僅可以用于一般粉狀和塊狀食品的加熱,而且還可用于堅果食品如咖啡豆、花生和谷物的殺菌及滅霉,以及袋裝食品的直接殺菌。(一)谷物和果實的表層殺菌處理 常用于谷物殺菌的方法是:向谷物中通入有毒氣體如氧化乙烷、氧化丙烯和溴甲烷等,但毒氣會帶來安全問題。因此,美國對此工藝作了嚴格的限制。 遠紅外加熱處理谷物和果實表面,不僅可殺滅谷物表面的微生物,還有助于脫殼,并且無毒,而且還有助于提高產(chǎn)品的消化性能。 (二)谷物和果實的內(nèi)部處理、大豆的滅霉處理 優(yōu)點是升溫快,工藝達到滅酶的要求,耗能低,賴氨酸損失小。 、豌豆的滅酶處理、飼料用蠶豆的滅酶
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