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熱能在食品中的傳遞

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2006-04-17

在計(jì)算熱處理的效果時(shí)必需知道兩方面的信息,一是微生物等食品成分的耐熱性參數(shù),另一是食品在熱處理中的溫度變化過程。

(一)罐頭容器內(nèi)食品的傳熱
  影響容器內(nèi)食品傳熱的因素包括:表面?zhèn)鳠嵯禂?shù);食品和容器的物理性質(zhì);加熱介質(zhì)(蒸汽)的溫度和食品初始溫度之間的溫度差;容器的大小。
??要能準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)罐頭食品在熱處理中的受熱程度,必須找出能代表罐頭容器內(nèi)食品溫度變化的溫度點(diǎn),通常人們選罐內(nèi)溫度變化最慢的冷點(diǎn)(Cold point)溫度,加熱時(shí)該點(diǎn)的溫度最低(此時(shí)又稱最低加熱溫度點(diǎn),Slowest heating point),冷卻時(shí)該點(diǎn)的溫度最高。熱處理時(shí),若處于冷點(diǎn)的食品達(dá)到熱處理的要求,則罐內(nèi)其它各處的食品也肯定達(dá)到或超過要求的熱處理程度。

          
??      傳導(dǎo)型、對(duì)流型、混合型傳熱時(shí)罐頭的冷點(diǎn)位置

         罐頭冷點(diǎn)的位置與罐內(nèi)食品的傳熱情況有關(guān)。
1、傳導(dǎo)傳熱方式的罐頭:
??由于傳熱的過程是從罐壁傳向罐頭的中心處,罐頭的冷點(diǎn)在罐內(nèi)的幾何中心。
2、對(duì)流傳熱的罐頭:
??由于罐內(nèi)食品發(fā)生對(duì)流,熱的食品上升,冷的食品下降,罐頭的冷點(diǎn)將向下移,通常在罐內(nèi)的中心軸上罐頭幾何中心之下的某一位置。
3、傳導(dǎo)和對(duì)流混合傳熱的罐頭:
??其冷點(diǎn)在上述兩者之間。

(二)評(píng)價(jià)熱穿透的數(shù)據(jù)
  測定熱處理時(shí)傳熱的情況,應(yīng)以冷點(diǎn)的溫度變化為依據(jù),通常測溫儀是用銅?康銅為熱電偶利用其兩點(diǎn)上出現(xiàn)溫度差時(shí)測定其電位差,再換算成溫度的原理。
  在評(píng)價(jià)熱處理的效果(如采用一般法計(jì)算殺菌強(qiáng)度F值)時(shí),需要應(yīng)用熱穿透的有關(guān)數(shù)據(jù),這時(shí)應(yīng)首先畫出罐頭內(nèi)部的傳熱曲線,求出其有關(guān)的特性值。

傳熱曲線

  傳熱曲線是將測得罐內(nèi)冷點(diǎn)溫度(Tp)隨時(shí)間的變化畫在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上所得的曲線。作圖時(shí)以冷點(diǎn)溫度與殺菌鍋內(nèi)加熱溫度(Th)或冷卻溫度(Tc)之差(Th-Tp或Tp-Tc )的對(duì)數(shù)值為縱坐標(biāo),以時(shí)間為橫坐標(biāo),得到相應(yīng)的加熱曲線或冷卻曲線。為了避免在坐標(biāo)軸上用溫差表示,可將用于標(biāo)出傳熱曲線的坐標(biāo)紙上下倒轉(zhuǎn)180度,縱坐標(biāo)標(biāo)出相應(yīng)的冷點(diǎn)溫度值(Tp )。
??以加熱曲線為例,縱坐標(biāo)的起點(diǎn)為Th-Tp =1(理論上認(rèn)為在加熱結(jié)束時(shí),Tp 可能非常接近Th,但Th-Tp ≠0),相應(yīng)的Tp 值為Th-1,即縱坐標(biāo)上最高線標(biāo)出的溫度應(yīng)比殺菌溫度低一度(℃),第一個(gè)對(duì)數(shù)周期坐標(biāo)的坐標(biāo)值間隔為1℃,第二個(gè)對(duì)數(shù)周期坐標(biāo)的坐標(biāo)值間隔為10℃,這樣依次標(biāo)出其余的溫度值。
??典型的加熱曲線和冷卻曲線如圖所示。


    

  典型的簡單型加熱曲線   典型的轉(zhuǎn)折型加熱曲線    典型的冷卻曲線

特征參數(shù)

(1) 直線的斜率
??我們將傳熱曲線的直線穿過一個(gè)對(duì)數(shù)周期所需的時(shí)間(以分鐘min計(jì))定義為f值,對(duì)簡單型加熱曲線標(biāo)記為fh,對(duì)轉(zhuǎn)折型加熱曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)前的部分仍記為fh,轉(zhuǎn)折點(diǎn)后的部分記為f2,對(duì)于冷卻曲線則記為fc?梢钥闯觯琭值愈小,傳熱的速率愈快。
??直線的斜率與f值的關(guān)系為:

          ????(1-4-1)
(2) 直線的截距
??作法是將傳熱曲線的直線部分向起點(diǎn)方向延長,使其與縱坐標(biāo)相交,即傳熱時(shí)間為零時(shí)的冷點(diǎn)溫度,為了便于區(qū)分,我們將傳熱曲線的真實(shí)初始溫度記為IT,而將上述直線的截距點(diǎn)記為假初始溫度I?T?。
??直線的方程式可寫為:

          (1-4-2)
  盡管式1-4-2可以完整地描述傳熱曲線的線性部分,但它不能確定產(chǎn)品何時(shí)開始對(duì)數(shù)加熱期,也就是說它無法顯示滯后時(shí)間。我們引入滯后因子jh來解決這一問題:
          ????????(1-4-3)
  記I=Th-Ti ,
  則 ??????????(1-4-4)
  代入式(1-4-2): ?(1-4-5)


 

 
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