第8章食品电特性.ppt

第8章 食品电特性v 概述概述v 食品的电特性及其测定食品的电特性及其测定v 食品电特性的应用食品电特性的应用主要内容主要内容学习目标与要求学习目标与要求•掌握介电性能的一些基本概念，如介电常数、介质极化、介质损耗的物理意义； •掌握食品介电特性的影响因素； •了解介电松弛的现象及其原因；•了解食品电特性的测定； •掌握电离辐射、微波加热、远红外加热原理一、食品电特性的概念一、食品电特性的概念•食品电特性食品电特性指食品物料在特定的条件下，指食品物料在特定的条件下，处于电场中时自身所表现的性质处于电场中时自身所表现的性质l主动电特性主动电特性，包括由食品材料中存在某些，包括由食品材料中存在某些能源而产生的电特性能源而产生的电特性 l被动电特性被动电特性，反映了影响食品所占空间内，反映了影响食品所占空间内电场和电流电场和电流(电荷电荷)的分布特性的分布特性二、食品电特性的分类二、食品电特性的分类p 食食品品材材料料在在受受到到外外界界的的刺刺激激时时，，就就会会产产生生抵抵抗抗，，其其通通常常表表现现为为食食品品材材料料的的电电导导率率、、电电容容率率、、击击穿穿电电位、刺激电位等。

位、刺激电位等 二、食品电特性的分类二、食品电特性的分类1. 电特性加工方法电特性加工方法l满足食品加工中对食品资源充分利用的要求满足食品加工中对食品资源充分利用的要求l减少加工中营养损失减少加工中营养损失l保持生物活性物质的活性保持生物活性物质的活性三、三、 研究食品电特性的意义研究食品电特性的意义微波干燥微波干燥高压脉冲电场杀菌高压脉冲电场杀菌2. 使用电场或电磁场使用电场或电磁场l对对构构成成食食品品的的最最小小单单位位进进行行最最富富效效果果的的加加工工处理处理三、三、 研究食品电特性的意义研究食品电特性的意义3. 电磁场的生物效应电磁场的生物效应l生鲜食品的水果、蔬菜、种子等保鲜生鲜食品的水果、蔬菜、种子等保鲜 三、三、 研究食品电特性的意义研究食品电特性的意义4. 食品电特性加工将广泛应用食品电特性加工将广泛应用l加热、杀菌、干燥等加热、杀菌、干燥等耗能耗能较高领域较高领域 三、三、 研究食品电特性的意义研究食品电特性的意义5. 运用食品电特性的检测运用食品电特性的检测l食品加工自动化食品加工自动化l食品品质控制精确化食品品质控制精确化三、三、 研究食品电特性的意义研究食品电特性的意义1. 食品的食品的电磁波电磁波处理和加工处理和加工四、四、电特性在食品加工中的应用电特性在食品加工中的应用 2. 食品加工中食品加工中静电场静电场的利用的利用ü分离分离：从谷粒、茶叶、油料种子及明胶中除去：从谷粒、茶叶、油料种子及明胶中除去杂质。

杂质ü食品保鲜食品保鲜：抑制果蔬的呼吸代谢，减少糖分的：抑制果蔬的呼吸代谢，减少糖分的消耗，保持颜色和形状消耗，保持颜色和形状ü食品干燥食品干燥：水的蒸发很活跃，干燥速率增大水的蒸发很活跃，干燥速率增大ü其他其他: 杀菌、解冻、鱼及肉制品表面的除霉等杀菌、解冻、鱼及肉制品表面的除霉等 四、四、电特性在食品加工中的应用电特性在食品加工中的应用 3. 直流电的应用直流电的应用ü电渗透：对食品进行固液分离或脱水处理电渗透：对食品进行固液分离或脱水处理ü电渗析：对加工食品进行净化处理及对乳制品电渗析：对加工食品进行净化处理及对乳制品中的去盐中的去盐ü电泳：牛奶蛋白分离电泳：牛奶蛋白分离ü电浮选：蛋白质、脂肪等干物质的增浓、食品电浮选：蛋白质、脂肪等干物质的增浓、食品厂排污的净化等厂排污的净化等四、四、电特性在食品加工中的应用电特性在食品加工中的应用 4. 交变电场的应用交变电场的应用ü欧姆欧姆加热（加热（Ohmic heating）） Ø原原理理：利利用用食食品品本本身身的的介介电电性性质质, 当当电电流流通通过过时时, 在在食食品品物物料料内内部部将将电电能能转转化化为为热热能能, 引引起起食食品品温度升高温度升高, 从而达到直接均匀加热杀菌的目的。

从而达到直接均匀加热杀菌的目的 四、四、电特性在食品加工中的应用电特性在食品加工中的应用 4. 交变电场的应用交变电场的应用ü高压脉冲电场（高压脉冲电场（pulsed electric field, PEF））Ø原原理理：：将将食食品品置置于于高高压压脉脉冲冲电电场场中中，，由由于于细细胞胞膜膜两两侧侧的的电电位位差差变变大大，，电电荷荷相相反反，，它它们们相相互互吸吸引引形形成成挤挤压压力力，，挤挤压压力力大大于于细细胞胞膜膜的的恢恢复复力力时时，，细细胞胞膜膜就就要要破破裂裂，，从从而达到在非热条件下的杀菌目的而达到在非热条件下的杀菌目的四、四、电特性在食品加工中的应用电特性在食品加工中的应用 五、利用食品电特性加工的课题五、利用食品电特性加工的课题²食品的电特性与其组织结构、力学性质、热学性质等食品的电特性与其组织结构、力学性质、热学性质等的相互关联和影响的相互关联和影响;²作为浓缩能源的电力，在食品工程传热传质操作中的作为浓缩能源的电力，在食品工程传热传质操作中的合理应用方法合理应用方法;²以电力为基础的食品加工装置计算和设计理论的建立以电力为基础的食品加工装置计算和设计理论的建立;²利用电学性质对利用电学性质对食品品质的检测和评价食品品质的检测和评价;² 通过传统加工方法与电力加工方法的合理组合，使电通过传统加工方法与电力加工方法的合理组合，使电力加工从经济性、安全性和效率上满足实际生产的需力加工从经济性、安全性和效率上满足实际生产的需要。

要•食品的介电特性食品的介电特性一、基本概念一、基本概念1. 电介质的极化电介质的极化Ø电子位移极化  (electronicpolarization)Ø原子极化(atomic polarization)Ø取向极化(orientation)一、基本概念一、基本概念一、基本概念一、基本概念2. 介电常数介电常数    相对介电常数是物料实际介电常数ε和真空介电常数ε0电介质的相对介电常数，可定义为：           式中，C——以某种材料为介质时的电容器的电容；          C0——以真空为介质时的电容   相对介电常数是一个无量纲的量，可写成    真空的介电常数ε0为8.85×10-12F/m损耗角相位角3. 介电损耗介电损耗          极性分子在电场中不断地作取向运动，分子间发生碰撞和摩擦将消耗电能并转为热能，这种消耗称为介电损耗 一、基本概念一、基本概念3. 介质损耗介质损耗     食品物质在电磁场中能量损失由两部分组成：² 第一部分来自电导引起的电导损失，产生热量；² 第二部分来自极化运动产生的热损耗，称为介电损耗 ² 介电损耗在电场中吸收的电能为：                 Q=55.6×10-12E2f    式中，Q——吸收能量(W/m3)；           E——电场强度(V/m)；           f——电场频率(Hz)；             ——相对介电损耗因数；      一、基本概念一、基本概念二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素   p电场频率电场频率p温度温度p物料含水率物料含水率p食品成分食品成分二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素   二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素   小麦在任何频率下介电常数随含水量的增加而增加，这是由于水的介电常数相当大的原因。

二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素   二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素   二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素   l冻结状态               介电性能均很小           l增加到融化温度          介电常数                                      介电损耗因数l超过融化温度           介电性能均二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素   （（3GHz））温度对取向极化有两种相反的作用：l一方面温度升高，分子间相互作用力减弱，使得偶极转动取向容易进行，极化加强，l另一方面，温度升高，分子热运动加强，对偶极的干扰增大，反而不利于偶极取向，是极化减弱因此，在温度不太高时，前者占 主要地位，随温度升高，介电常数增大，到一定温度范围，后者超过前者，介电常 数随温度升高而减小 二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素   粘稠度降低，粘稠度降低，粘稠度降低，粘稠度降低，离子运动加速离子运动加速离子运动加速离子运动加速氢氢氢氢键键键键数数数数量量量量及及及及分分分分子子子子间间间间作作作作用用用用力力力力降降降降低低低低，，，，偶偶偶偶极极极极子旋转位垒降低子旋转位垒降低子旋转位垒降低子旋转位垒降低二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素   l盐在食品中主要以离子状态存在，在外电场作用下盐在食品中主要以离子状态存在，在外电场作用下盐在食品中主要以离子状态存在，在外电场作用下盐在食品中主要以离子状态存在，在外电场作用下发生迁移。

发生迁移发生迁移发生迁移盐离子可降低水分子极化程度盐离子可降低水分子极化程度盐离子可降低水分子极化程度盐离子可降低水分子极化程度                          介电常数介电常数介电常数介电常数盐的增加对盐的增加对盐的增加对盐的增加对介电损耗因数介电损耗因数介电损耗因数介电损耗因数的影响的影响的影响的影响二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素   食食品品含含水水率率高高，，介介电电常常数数和和介介电电损损耗耗因因数数均均增增加加二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素   l碳水化合物与水分子的相互作用碳水化合物与水分子的相互作用碳水化合物与水分子的相互作用碳水化合物与水分子的相互作用l介电性能大小：介电性能大小：介电性能大小：介电性能大小：          u淀粉水溶液淀粉水溶液淀粉水溶液淀粉水溶液＜＜＜＜蔗糖水溶液蔗糖水溶液蔗糖水溶液蔗糖水溶液u   糊化淀粉糊化淀粉糊化淀粉糊化淀粉＞＞＞＞未糊化淀粉未糊化淀粉未糊化淀粉未糊化淀粉二、食品介电特性的影响因素二、食品介电特性的影响因素   v不同来源的蛋白质有不同的介电性能不同来源的蛋白质有不同的介电性能。

不同来源的蛋白质有不同的介电性能不同来源的蛋白质有不同的介电性能v蛋白质吸附自由水越多，蛋白质的介电性能越差蛋白质吸附自由水越多，蛋白质的介电性能越差蛋白质吸附自由水越多，蛋白质的介电性能越差蛋白质吸附自由水越多，蛋白质的介电性能越差v蛋白质变性蛋白质变性蛋白质变性蛋白质变性           农产品或食品在交流电场中时，相当于在极性分子上施加交流电压，这时，偶极子就会伴随电场的转动而取向，而且，随转动频率的增高，偶极子追不上电场的变化，该取向就产生一个时间延迟，此时复复介介电电常常数数的的实实部部就随之减少，这种随频率增加而减少的变化叫做耗耗散散，而相反的增加变化叫做吸收，两者一并被称为松松弛弛 三、介电松弛三、介电松弛三、介电松弛三、介电松弛p 介电松弛本质上反映分子运动的难易程度介电松弛本质上反映分子运动的难易程度p极极化化松松弛弛时时间间：：处处于于极极化化状状态态的的介介质质，，去去掉外电场后，极化消失所需要的时间掉外电场后，极化消失所需要的时间p 特征频率特征频率：极化松弛时间的倒数极化松弛时间的倒数•对于电场中的农产品和食品来说，除了水中的偶极子之外，其他各种因素也能产生松弛现象。

 三、介电松弛三、介电松弛n n   引起电特性中松弛现象的因素引起电特性中松弛现象的因素   三、介电松弛三、介电松弛三、介电松弛三、介电松弛思考题思考题11.何谓食品的介电损耗、介电松弛？2.食品电特性的研究意义，并举例说明食品电特性在食品加工中的应用？3.食品的介电特性包括哪些？并简述影响因素•食品的电导特性食品的电导特性一、电阻率一、电阻率•电电阻阻率率（electrical resistivity）是反映介质材料绝缘性能的特征参数，是由材料的导电性能所决定的物理量•数值上等于这种材料制成的长度和截面积都为一个单位的样品所具有的电电阻阻值值，国际单位制中，电阻率的单位为欧·米一、电阻率一、电阻率   p 生物物料生物物料的电阻率不仅与的电阻率不仅与物料性质物料性质有关，有关，而且还与而且还与含水率和温度含水率和温度有关p 温度升高温度升高引起电子间频繁的碰撞，导致碰引起电子间频繁的碰撞，导致碰撞时间缩短，从而撞时间缩短，从而使电阻率增大使电阻率增大二、电导和电导率二、电导和电导率l电导电导是描述物体传导电流性能的物理量，记作G物体的电导物体的电导为通过该物体电流与该物体所加电压的比值。

l对于直流电路直流电路而言，电导就是电阻的倒数，其单位为S电导率是电阻率的倒数，电导率的单位为S/m 一、电导和电导率一、电导和电导率在交流电场中在交流电场中:  式中，σ——电导率(S/m)；         f——频率(Hz)；          ——介质损耗因数；  ε——真空介电常数，其值为8.854×10-12 F/m 动物血液动物血液的电导率与其中干物质含量干物质含量有关，并且随温度温度的上升而上升 二、食品电导特性及其应用二、食品电导特性及其应用u在考虑一般液体电导率时，首先要看干物质含量干物质含量的影响u液体电导率与温度温度线性线性相关，如图8-18所示二、食品电导特性及其应用二、食品电导特性及其应用u在电导率的利用上，人们还注意到了电电导导率率与与某某些些食品的品质的关系食品的品质的关系u如图8-19所示，大蒜之所以具有不同的电导率，与芽的状态有关u因此，通过电导率的测定就有可能简单、准确、迅速地客观评价大蒜品质二、食品电导特性及其应用二、食品电导特性及其应用•食品电特性的测定食品电特性的测定一、食品介电特性的测定一、食品介电特性的测定   •电场中食品的电物性与电场频率有关，目前所指的电场频率为0-1013Hz。

在如此宽的电场频带内，测定食品的电物性应有不同的方法二、电导率的测定二、电导率的测定l离子的导电性对介电损耗的影响可由下式表示:        •式中，L——偶极矩极化产生的介电损耗；          C ——介电常数的实测值；         σ——电导率；          f——测定电导率时所使用的电场频率          对对食食品品电电物物性性的的利利用用，，除除了了对对食食品品品品质质的的无无损损检检测测或品质分析或品质分析外，还可用于对食品的加工处理，包括：外，还可用于对食品的加工处理，包括：n电磁辐射电磁辐射n远红外线加热远红外线加热 n微波加热微波加热n静电场处理静电场处理n电渗透脱水电渗透脱水n通电加热通电加热p电磁波谱电磁波谱•电磁辐射以波的形式传输，因此可以根据波长和频率分类，波长与频率的关系为λγ＝C，其中 ， 常 数 C为3.0×108m/s，即真空中光速一、电离辐射一、电离辐射表表表表8-78-7总结了通过气体、液体和固体的各种辐射形式的吸收总结了通过气体、液体和固体的各种辐射形式的吸收总结了通过气体、液体和固体的各种辐射形式的吸收总结了通过气体、液体和固体的各种辐射形式的吸收效果。

效果   一、电离辐射一、电离辐射一、电离辐射一、电离辐射•1. 电离辐射定义电离辐射定义•α、β、γ射线及中子射线、原子射线、电子射线、紫外线等都属于射线类，当这些射线穿过食品或农产品时，会对分子起到离子化作用，这种现象叫做电离辐射一、电离辐射一、电离辐射2. 电离辐射机理电离辐射机理•电离辐射对生物作用的全过程，可以简化如下电离辐射对生物作用的全过程，可以简化如下:3、辐射的化学效应、辐射的化学效应 由由电电离离辐辐射射使使食食品品产产生生各各种种粒粒子子、、离离子子及及质子的基本过程有初级辐射和次级辐射质子的基本过程有初级辐射和次级辐射1 1））初初级级辐辐射射: :使使物物质质形形成成离离子子、、激激发发态态分分子子或分子碎片或分子碎片2 2））次次级级辐辐射射：：使使初初级级辐辐射射的的产产物物相相互互作作用用，，生成与原始物质不同的化合物生成与原始物质不同的化合物一、电离辐射一、电离辐射4.辐射对微生物的作用辐射对微生物的作用（（1 1）直接效应）直接效应————细胞内蛋白质、细胞内蛋白质、DNADNA受损，即受损，即DNADNA分子碱分子碱基发生分解或氢键断裂等，致使微生物细胞基发生分解或氢键断裂等，致使微生物细胞活动紊乱，甚至停止。

活动紊乱，甚至停止————细胞膜受损，酶释放出来，酶功能紊乱，细胞膜受损，酶释放出来，酶功能紊乱，干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使微干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使微生物死亡生物死亡一、电离辐射一、电离辐射4.辐射对微生物的作用辐射对微生物的作用（（2）间接效应）间接效应         当当水水分分子子被被激激活活和和电电离离后后，，成成为为游游离离基基，，起起氧氧化化还还原原作作用用，，这这些些激激活活的的水水分分子子就就与与微微生生物物内内的的生生理理活活性性物物质质相相互互作作用用，，而而使使细细胞胞生生理理机能受到影响机能受到影响一、电离辐射一、电离辐射一、电离辐射一、电离辐射   3. 电离辐射对农产品和食品的影响电离辐射对农产品和食品的影响   (1) 生物学效应生物学效应Ø杀菌、杀虫作用杀菌、杀虫作用Ø使果树生长发育异常化使果树生长发育异常化Ø抑制马铃薯、洋葱、大蒜、地瓜等生根发芽抑制马铃薯、洋葱、大蒜、地瓜等生根发芽Ø防止蘑菇开伞防止蘑菇开伞Ø延缓香蕉、番茄后熟延缓香蕉、番茄后熟Ø促进桃子、柿子成熟促进桃子、柿子成熟一、电离辐射一、电离辐射3. 电离辐射对农产品和食品的影响电离辐射对农产品和食品的影响  (2)化学效应化学效应Ø增加干制食品的复水性能增加干制食品的复水性能Ø提高小麦面粉加工面包的性能提高小麦面粉加工面包的性能Ø改进酒的品质改进酒的品质Ø促使蛋白质、淀粉等的变性促使蛋白质、淀粉等的变性Ø提高发酵饲料中各种酶类的分解能力提高发酵饲料中各种酶类的分解能力二、二、 远红外线加热远红外线加热 远远红红外外线线和和微微波波一一样样都都属属于于非非电电离离辐辐射射电电磁磁波波，，把把波波长为长为0.78～～1000μm之间的电磁波称为红外线。

之间的电磁波称为红外线 红红外外线线电电磁磁波波波波长长范范围围相相当当宽宽因因此此，，又又进进一一步步把把这这部部分分电电磁磁波波划划分分为为近近红红外外线线(0.78～～1.4μm)、、中中间间红红外外线线(1.4～～3μm)和和远红外线远红外线(3～～l000μm) 在在实实际际应应用用中中，，常常使使用用的的波波长长范范围围为为2～～25μm，，因因此此，，也也有有人人称称这这一一段段电电磁磁波波为为远远红红外外线线远远红红外外线线加加热热之之所所以以在在食食品品加加工工中中得得到到很很广广泛泛的的应应用用，，主主要要是是因因为为与与热热风风干干燥燥或或热热风风加加热热相相比比，，远远红红外外辐辐射射的的能能量量可可以以直直接接被被食食品品物物料料吸收，减少了能量损失吸收，减少了能量损失 热热辐辐射射效效率率最最大大的的理理想想物物体体称称为为黑黑体体各各种种温温度度下下，，黑黑体体的的分分光光辐辐射射能能量量Mλ[W/(cm2·μm)]分分布布是是一一组组曲曲线线，，其其表达式为，表达式为， 式中，式中， C1——37402×10-12 W·cm2；；           C2——143848 cm·K；；           λ——波长波长(μm)；；           T——热力学温度热力学温度(K)。

1. 远红外辐射远红外辐射 图图中中所所示示，，随随黑黑体体温温度度的的上上升升，，各各波波长长的的能能量量都都有有所所增增加加，，但但分分布布曲曲线线的的峰峰值值却却偏偏向向短短波波方方向向能能量量密密度度最最大大的的波波长长λmax与与温温度度的的反反比比例例关关系系可用可用文变位定律文变位定律表示表示 :1. 远红外辐射远红外辐射图图8-278-27 普普通通食食品品加加工工中中所所使使用用的的加加热热温温度度范范围围大大都都在在300-500K由由图图8-27知知，，在在这这一一温温度度范范围围内内，，黑黑体体或或近近似似黑黑体体物物质质辐辐射射能能量量密密度度最最大大波波长长正正是是在在2.5-20μm的的远远红红外外线线波波长长范范围围因因此此，，使使用远红外线有着较高的辐射效率用远红外线有着较高的辐射效率 l黑体只是理想的物质黑体只是理想的物质实际的远红外辐射体，其能量密度最大实际的远红外辐射体，其能量密度最大波长虽然也是随温度升高向左偏，但与黑体的文变位定律公式波长虽然也是随温度升高向左偏，但与黑体的文变位定律公式存在差距一般电热炉镍铬合金存在差距。

一般电热炉镍铬合金(nichrome)电阻丝与远红外电热电阻丝与远红外电热丝在丝在500℃℃时的分光辐射分布曲线如图时的分光辐射分布曲线如图8-28所示图图 8-288-281. 远红外辐射远红外辐射2. 食品对远红外线的吸收食品对远红外线的吸收u 因因为为物物体体的的温温度度是是其其分分子子运运动动动动能能的的表表现现从从分分子子运运动动的的观观点点看看，，物物体体的的分分子子结结构构与与其其对对各各种种电电磁波的吸收关系很大磁波的吸收关系很大u 不不同同结结构构的的分分子子、、原原子子团团都都有有其其固固有有的的振振动动频频率u 远远红红外外电电磁磁波波的的频频率率与与食食品品分分子子中中原原子子振振动动的的频频率率接接近近，，而而原原子子振振动动的的固固有有频频率率与与结结合合键键种种类类以以及分子的结构有关及分子的结构有关²水水的的O-H键键伸伸缩缩振振动动和和转转角角振振动动分分别别对对应应2.7μm和和6.1μm的的波波长淀粉和纤维素在长淀粉和纤维素在2.7μm处也有相似的吸收峰处也有相似的吸收峰²在在2-20μm的的远远红红外外波波长长范范围围，，大大部部分分食食品品材材料料对对远远红红外外辐辐射射的的吸吸收收率率都都较较高高，，这这也也是是远远红红外外辐辐射射技技术术在在食食品品工工业业中中得得到到极极大重视的原因之一。

大重视的原因之一图图8-298-292. 食品对远红外线的吸收食品对远红外线的吸收淀粉、水和纤维素淀粉、水和纤维素等三种物质在不同等三种物质在不同波长光下的吸收率波长光下的吸收率 远远红红外外辐辐射射对对食食品品中中水水和和其其他他物物质质分分子子的的特特殊殊振振动动效效果果，，还还是是促促进进分分子子间间互互相相结结合合、、交交联联的的动动力力这对食品的熟成这对食品的熟成(陈化陈化)有一定作用有一定作用 例例如如，，在在挂挂面面制制造造中中，，用用远远红红外外干干燥燥，，不不仅仅干干燥燥效效率率高高，，而而且且可可以以促促进进面面筋筋的的水水合合作作用用，，使使制制品品比比普普通通方方法法的的口口感感滑滑润润，，更更加加筋筋进进用用远远红红外外处处理理酒，可以使酒的陈放时间大大缩短，味进更香醇酒，可以使酒的陈放时间大大缩短，味进更香醇2. 食品对远红外线的吸收食品对远红外线的吸收3. 远红外线在食品中辐射深度远红外线在食品中辐射深度图图8-29p 远红外线对材料的辐射深度与材料对远红外的吸收率成反比远红外线对材料的辐射深度与材料对远红外的吸收率成反比p 远红外的穿透深度不仅与电磁波波长有关，也与物质本身的成远红外的穿透深度不仅与电磁波波长有关，也与物质本身的成分，尤其是水分含量有关。

分，尤其是水分含量有关n吸吸收收性性与与穿穿透透性性成成反反比比例例关关系系，，即即吸吸收收性性越越好好，，穿穿透透性性越越差差由由于于吸吸收收性性或或穿穿透透性性与与波波长长有有关关，，所所以以，，工程上用积分特性来衡量红外线对物质的穿透特性工程上用积分特性来衡量红外线对物质的穿透特性n 所所谓谓积积分分特特性性，，是是指指红红外外线线发发射射体体发发出出的的最最大大能能量量密度波长密度波长(λmax )n 穿穿透透特特性性往往往往用用穿穿过过试试样样的的厚厚度度与与达达到到此此厚厚度度红红外外线能量的衰减率线能量的衰减率 —— 穿透能表示穿透能表示3. 远红外线在食品中辐射深度远红外线在食品中辐射深度  优点：优点：ü食品不必接触热源或传热介质就可以直接得到加热食品不必接触热源或传热介质就可以直接得到加热;ü在食品周围保持低温状态下，可对食品进行加热；在食品周围保持低温状态下，可对食品进行加热；ü加热可以不受食品周围气流影响；加热可以不受食品周围气流影响；ü加热速度快、效率高；加热速度快、效率高；ü 可减少热加工过程中营养成分或色、香、味的损失可减少热加工过程中营养成分或色、香、味的损失。

 4. 远红外线辐射在食品加工中的应用远红外线辐射在食品加工中的应用设备：设备：有箱式加热炉和隧道式加热炉有箱式加热炉和隧道式加热炉 4. 远红外线辐射在食品加工中的应用远红外线辐射在食品加工中的应用（（1））食品远红外干燥食品远红外干燥•用于谷物、面条、中草药的干燥用于谷物、面条、中草药的干燥•优点：加热速度快，吸收均匀，加热效率高，化学分优点：加热速度快，吸收均匀，加热效率高，化学分解小，原料不易变性，适于热敏性物质的干燥解小，原料不易变性，适于热敏性物质的干燥 4. 远红外线辐射在食品加工中的应用远红外线辐射在食品加工中的应用实例：菠菜干燥实例：菠菜干燥 (2) 食品远红外焙烤食品远红外焙烤l优优点点：：加加热热速速度度快快，，表表层层加加热热效效果果好好，，因因此此可可以以满满足足焙焙烤的要求烤的要求l实实例例：：在在酥酥性性饼饼干干的的制制造造中中，，传传统统的的做做法法是是在在80℃℃下下进进行行第第一一次次干干燥燥，，但但在在该该条条件件下下，，表表面面和和内内部部的的水水分分分分布布不不均均匀匀，，膨膨化化是是产产生生大大小小不不一一的的气气泡泡，，因因此此产产品品咬咬感感较较差差。

而而采采用用远远红红外外干干燥燥，，不不仅仅无无此此现现象象，，而而且且还还可可节节约约10分分钟钟时时间间在在第第二二次次干干燥燥时时，，还还可可节节约约2/3的的时时间间同时可节约同时可节约62%的厂房面积和的厂房面积和19%的燃料费用的燃料费用 4. 远红外线辐射在食品加工中的应用远红外线辐射在食品加工中的应用(3) 食品远红外熟化食品远红外熟化    利用远红外线辐射食品时，引起食品内部水分及有机物质分利用远红外线辐射食品时，引起食品内部水分及有机物质分子振动，导致蛋白质、碳水化合物等物质的变化，从而达到子振动，导致蛋白质、碳水化合物等物质的变化，从而达到熟化的效果熟化的效果 实例：实例：ü降低煮蛋时的破壳率降低煮蛋时的破壳率：采用干式加热，不需放入水中加热均匀，熟度一致，不受水中微生物的污染，破壳率由15%降低到2%，常温下放置１个月不会败坏ü加速酒的陈酿速度加速酒的陈酿速度：一般酒类的陈酿时间要１年至数年，但用远红外线照射，仅需数小时甚至几分钟ü加速腌渍进程加速腌渍进程：对于腌制食品，也有促进发酵的作用，在腌制时，只要远红外线照射15min，就可获得很好的效果 4. 远红外线辐射在食品加工中的应用远红外线辐射在食品加工中的应用(4)食品远红外杀菌食品远红外杀菌    不仅可用于一般粉状和块状食品的加热，而且还可用于坚果不仅可用于一般粉状和块状食品的加热，而且还可用于坚果食品如咖啡豆、花生和谷物的杀菌及灭霉，以及袋装食品的食品如咖啡豆、花生和谷物的杀菌及灭霉，以及袋装食品的直接杀菌。

直接杀菌实例：实例：ü谷物和果实的表层杀菌处理谷物和果实的表层杀菌处理：远红外加热处理谷物和果实表：远红外加热处理谷物和果实表面，不仅可杀灭谷物表面的微生物，还有助于脱壳，并且无面，不仅可杀灭谷物表面的微生物，还有助于脱壳，并且无毒，而且还有助于提高产品的消化性能毒，而且还有助于提高产品的消化性能 ü谷物和果实的内部处理谷物和果实的内部处理：大豆的灭霉处理、豌豆的灭酶处理：大豆的灭霉处理、豌豆的灭酶处理     4. 远红外线辐射在食品加工中的应用远红外线辐射在食品加工中的应用思考题思考题21.电离辐射对农产品和食品的影响有哪些？2.结合远红外辐射的特点，陈述其在食品加工中的优点，并举例说明其在食品中的应用有哪些？三、微波加热三、微波加热 食食品品工工业业中中利利用用材材料料对对电电磁磁波波的的吸吸收收进进行行加加热热，，主要有高频波和微波主要有高频波和微波 高高频频波波(high frequency wave)指指10kHz--300MHz频频率范围的电磁波率范围的电磁波 微微波波(micro-wave)多多指指频频率率为为30OMHz-300GHz（（波波长长为为0.001~1m））的的电电磁磁波波。

微微波波也也称称为为超超高高频频，，是是无无线线电电波波中中波波长长最最短短的的波波段段在在食食品品加加工工中中常常用用频频率为率为915MHz~2450MHz1. 微波加热的原理微波加热的原理p 微微波波加加热热原原理理是是利利用用水水分分子子在在微微波波场场中中的的快快速速旋旋转转而而产产生生的摩擦热的摩擦热p 如如图图9-33所所示示对对于于家家用用微微波波炉炉，，在在频频率率245OMHz下下，，水水分子在分子在1s内将发生内将发生24.5亿次的转动，从而产生足够的热量亿次的转动，从而产生足够的热量图图9-339-332. 微波加热特点 ①①微波吸收的特点和加热的选择性微波吸收的特点和加热的选择性 介介质质损损耗耗因因数数与与电电场场频频率率有有关关，，当当电电磁磁波波的的频频率率超超过过偶偶极极子子的的特特征征频频率率（（或或称称固固有有频频率率））时时，，偶偶极极子子运运动动的的频频率率可可能能会会减减慢慢，，也也就就是是说说对对微微波波的的吸吸收收效效率率降降低低水水或或其其他他食食品品物物质质在在微微波波域域的的介介电电损损耗耗ε““（（介介质质损损耗耗因因数数））最最大大，，也就是说对微波能的吸收最大也就是说对微波能的吸收最大。

每每一一种种极极性性分分子子，，都都具具有有一一定定的的吸吸收收微微波波最最大大特特征征频频率率即即在在同同样样频频率率的的微微波波照照射射下下，，不不同同分分子子的的吸吸收收能能力力不不同，这就使得微波加热具有选择性同，这就使得微波加热具有选择性ü 由由表表中中可可以以看看出出，，水水或或含含水水食食品品的的介介质质损损耗耗因因数数，，比比塑塑料料、、玻玻璃璃等等容容器器要要大大数数百百倍倍甚甚至至数数万万倍倍水水的的介介质质损损耗耗因因数数比比蛋蛋白质、淀粉等食品材料也要大白质、淀粉等食品材料也要大10倍到数十倍倍到数十倍微波加热选择性的优点：微波加热选择性的优点：微波加热选择性的优点：微波加热选择性的优点：Ø首首先先它它可可以以在在加加热热包包装装内内食食品品时时，，使使绝绝大大部部分分能能量量被被加加热热对对象象吸吸收收，，减减少少容容器器或或包包装装材材料料对对热热的的吸吸收收，，从而从而减少热损失减少热损失Ø 加加热热选选择择性性还还为为微微波波带带来来另另一一个个用用途途就就是是微微波波杀杀虫虫由由于于干干燥燥食食品品（（面面粉粉等等粮粮食食））中中的的害害虫虫含含水水较较多多，，所以在微波场中会吸收大量的能量而被加热致死。

所以在微波场中会吸收大量的能量而被加热致死2. 微波加热特点微波加热特点Ø 例例如如，，食食品品解解冻冻时时，，由由于于微微波波对对冰冰和和水水的的吸吸收收性性质质截截然然不不同同，，当当一一部部分分冰冰变变为为水水后后，，就就会会大大量量吸吸收收微微波波，，造成解冻不匀造成解冻不匀微波加热选择性的不利因素：微波加热选择性的不利因素：微波加热选择性的不利因素：微波加热选择性的不利因素：2. 微波加热特点微波加热特点②②微波的反射和穿透特性微波的反射和穿透特性: 微波因波长很小，所以和几何光线很接近微波因波长很小，所以和几何光线很接近当遇到不吸收微当遇到不吸收微波的物体如金属时，就会像光线一样被反射回来波的物体如金属时，就会像光线一样被反射回来利用这一性质利用这一性质可对微波的传输进行导波，或对不需要加热的食品部分用金属进可对微波的传输进行导波，或对不需要加热的食品部分用金属进行屏蔽 由于微波的反射特性，用微波加热食品时就不需要电极，只由于微波的反射特性，用微波加热食品时就不需要电极，只要像反光镜那样把微波射向食品就可进行加热然而，对吸收微要像反光镜那样把微波射向食品就可进行加热。

然而，对吸收微波的食品，除部分反射外，微波则会穿透食品表面，把能量直接波的食品，除部分反射外，微波则会穿透食品表面，把能量直接传到食品内部微波的传到食品内部微波的穿透深度穿透深度D(m)可用下式表示可用下式表示:             另外，工业上常用另外，工业上常用半衰深度半衰深度Dh(m)表示微波的穿透能力表示微波的穿透能力Dh即入射电场强度衰减至一半时的深度即入射电场强度衰减至一半时的深度2. 微波加热特点微波加热特点表表8-98-92. 微波加热特点微波加热特点 微波的穿透性给微波加热也带来许多优点微波的穿透性给微波加热也带来许多优点: ①①由由于于它它对对不不吸吸收收微微波波的的玻玻璃璃、、塑塑料料等等电电介介质质穿穿透透性性极极好好，，可可使使能能量量直直接接到到达达食食品品内内部部一一定定深深度度所所以以只只要要选选择择适适当当的的频频率率、、电电压压，，就就可可实实现现对对容容器器内食品的迅速加热或大块食品的内外均匀加热内食品的迅速加热或大块食品的内外均匀加热; ②②微微波波可可把把能能量量直直接接传传给给食食品品内内部部，，尤尤其其是是食食品品内内部部的的水水。

这这就就可可使使食食品品内内的的水水分分在在极极短短时时间间内内升升温甚至汽化，大大温甚至汽化，大大加快干燥速度或使食品膨化加快干燥速度或使食品膨化2. 微波加热特点微波加热特点3. 微波加热的问题微波加热的问题 微波加热的最大问题就是加热不均匀微波加热的最大问题就是加热不均匀其原因原因主要有以下几点：主要有以下几点： ①①微微波波加加热热的的选选择择性性在在微微波波场场中中不不同同的的食食品品材材料料，，以以及及它它们的温度、状态不同，都会引起各部分对微波能吸收的差异们的温度、状态不同，都会引起各部分对微波能吸收的差异; ②②微微波波虽虽有有好好的的穿穿透透性性，，但但在在实实际际加加热热中中受受反反射射、、穿穿透透、、折折射吸收等影响，使射吸收等影响，使各部产生的热量不同各部产生的热量不同; ③③电电场场的的尖尖角角集集中中效效应应这这种种效效应应也也称称为为棱棱角角效效应应(edge effect)微微波波场场也也是是电电场场，，因因此此在在加加热热时时，，对对食食品品不不同同曲曲率率的的表表面面，，也也会会产产生生棱棱角角效效应应。

即即在在棱棱角角的的地地方方电电场场强强度度大大，，产产热热多多、、温升快 由由于于这这些些原原因因，，微微波波加加热热时时，，食食品品往往往往会会出出现现一一些些温温度度上上升升特特别快的别快的热点热点(hot spot)，如图，如图8-32(a)所示 对对容容器器中中食食品品进进行行适适当当分分割割、、使使热热点点分分散散，，减减少少食食品品的的棱棱角角，，改善微波照射分布等是解决这一问题的方法，如图改善微波照射分布等是解决这一问题的方法，如图8-32(b)所示图图8-328-323. 微波加热的问题微波加热的问题l在在很很大大的的频频率率范范围围内内，，水水的的介介质质损损耗因数都保持较大值耗因数都保持较大值l自自由由水水的的介介质质损损耗耗因因数数在在微微波波频频率率为为17GHz时时最最大大，，但但是是在在数数兆兆赫赫范范围围也保持一定有效值也保持一定有效值4.4.水的微波吸收特性和微波频率的选择水的微波吸收特性和微波频率的选择l除除微微波波外外，，高高频频波波对对含含水水食食品品也也有有偶极矩的偶极矩的极化加热效应极化加热效应l结结合合水水的的频频率率特特性性与与自自由由水水不不同同，，在在较较低低的的频频率率范范围围，，介介质质损损耗耗因因数数保持较大值。

保持较大值图图8-338-33对对于于干干燥燥食食品品或或考考虑虑微微波波对对食食品品的的非非热热效效应时，应考虑到对结合水的作用应时，应考虑到对结合水的作用 食食品品中中的的水水往往往往还还含含有有电电解解质质离离子子，，因因此此这这部部分分的的通通电电加加热热效效果果也也会会加加大大微微波波加加热热的的效效果果当当考考虑虑到到电电介介质质的的电电导导率率σ时时，，介质损耗因数介质损耗因数ε〃〃应该由实效介质损耗因数应该由实效介质损耗因数ε〃〃c替代替代:          式中，式中，ε〃〃L——偶极子偶极子(dipole)介电损耗；介电损耗；           σ/(2πf f )——电导率引起的损耗电导率引起的损耗 其其中中σ/(2πf f ) 这这部部分分损损耗耗在在图图8-33中中是是一一条条斜斜线线，，表表示示与与频频率率成成反反比比当当频频率率很很高高时时，，这这部部分分损损耗耗接接近近于于0，，但但在在数数兆兆赫赫以以下下的的高高频频波波，，加加热热主主要要来来自自这这一一项项当当食食品品含含有有食食盐盐时时，，这这两两部部分分效效果果相相加加，，会会产产生更多的热生更多的热。

图图8-338-33产品名称：产品名称：产品名称：产品名称：L L型食品微波膨化干燥设备型食品微波膨化干燥设备型食品微波膨化干燥设备型食品微波膨化干燥设备l适适用用于于小规模产量的各种膨化类物料的膨化或膨化干燥工艺如：薯片、果蔬片、糕点、坚果、花生、瓜子、豆类等其特点是：膨化速度快、膨化效果好、产品口感好、营养卫生l功能及特点：功能及特点：ª 产品具备自动控温系统，自动控制微波密度系统、加热时间控制系统、自动报警系统、视频监视系统等ª物料转盘形式可采用立体转盘、水平转盘（可多层）等ª该设备占地面积小、加热速度快、加热均匀、机动性可控性好、操作简单、节能环保、价格较低等特点ª微波管采用日本松下品牌，变压器可选择油浸水冷式、风冷式和自冷式，可24小时连续工作，微波泄漏量达到国家标准，符合美国UL标准微波真空杀菌设备微波真空杀菌设备微波真空杀菌设备微波真空杀菌设备l微波功率2-50千瓦l应应用用于于医药、化工、食品、生物制品领域的热敏性物料、易氧化、高粘性、高浓度液态等物料，如：蔬菜、生化制品、保健品、添加剂等l功功能能及特点及特点ª该设备将微波技术与真空技术有机完美结合，可在30至100度范围内快速加热。

ª微波能穿透物料直接加热，无需热传导，与常规真空干燥方法相比，具有速度快、能效比高、环保节能、可控性好、能最大限度地保持原料的理化特性等特点 WW型微波杀菌设备型微波杀菌设备型微波杀菌设备型微波杀菌设备l适适用用于于食品领域的各种物料的杀菌如：调味品、添加剂、蛋白粉、肉制品、鱼制品、海产品、果片类、豆类、蔬菜类、菌菇类、面粉、淀粉、米面制品、豆制品、酱菜、卤制品、饲料、营养保健品等物料l常规热力杀菌是通过热传导，对流或辐射方式将热量从物料表面传至内部，要达到杀菌温度，往往需要较长的时间微波杀菌是微波能与物料中细菌等微生物直接作用，热效应与非热效应共同作用，达到快速升温目的，处理时间大大缩短各种物料的杀菌时间一般在3到5分钟，杀菌温度在70至90度l其特点：时间短，速度快杀菌均匀彻底，低温杀菌，物料不变性，保持营养成分和原来风味，节能环保，设备操作简单，可控性好，工艺先进四、静电场处理四、静电场处理n应用应用：静电净化、静电熏制、静电分离、电处理：静电净化、静电熏制、静电分离、电处理防腐、静电扑粉等防腐、静电扑粉等n原理原理：使：使离子化的气体离子化的气体在电场内移动，向物质的在电场内移动，向物质的散体微粒（尘埃、熏烟等）散体微粒（尘埃、熏烟等）传递电荷传递电荷，这样荷电，这样荷电粒子再受到电场作用从一极向另一极进行定向移粒子再受到电场作用从一极向另一极进行定向移动，从而达到加工所需的目的。

动，从而达到加工所需的目的四、静电场处理四、静电场处理    气体离子化通常采用两种方法气体离子化通常采用两种方法：：ª被被激激电电离离法法：：利用电极间的电离剂（X射线、短波辐射、紫外线辐射和高温等）进行离子化的方法ª自自激激电电离离法法：：使电路内电压达一定值，在静电场中使荷电粒子加速并与中性气体分子碰撞而产生电离的离子化过程  1. 静电分离静电分离v原原理理:由由于于散散粒粒体体(包包括括尘尘埃埃)各各自自成成分分、、几几何何形形状状不不同同，，因因此此在在一一定定场场合合下下，，荷荷电电性性质质不不同同通通过过电电晕晕放放电电可可使使离离子子吸吸附附到到粒粒子子表表面面，，使使粒粒子子带带电电另另外外，，与与电电极极接接触触或或摩摩擦擦也也可可以以使使粒粒子子带带电电使使荷荷电电粒粒子子在在电电场场中中移移动动时时，，由由于于各各自自电电荷荷的的不不同同，，受受电电场场作作用用，，运运动动的的轨轨迹迹也也不不同同据据此此，，就就可可以以将各种成分分离将各种成分分离四、静电场处理四、静电场处理四、静电场处理四、静电场处理1. 静电分离静电分离四、静电场处理四、静电场处理    2. 静电熏制静电熏制p静电熏制原理静电熏制原理：在静电场内让：在静电场内让熏烟雾粒子熏烟雾粒子向各种食品表面或向各种食品表面或内部内部渗透，达到快速均匀熏制的目的渗透，达到快速均匀熏制的目的。

肉制品的熏制不仅可肉制品的熏制不仅可以改善制品的风味，还可以有效防止氧化和霉变以改善制品的风味，还可以有效防止氧化和霉变p优点：优点：高效，高效，2~5 minp缺点：缺点：不能起到通常烟熏那样的干燥效果，还要配以微波或不能起到通常烟熏那样的干燥效果，还要配以微波或远红外处理远红外处理四、静电场处理四、静电场处理四、静电场处理四、静电场处理原原原原理理理理：：：：植植物物油油先先成成为为荷荷电电粒粒子子，，在在电电场场中中飞飞向向加加热热转转筒筒表表面面，，形形成成油油层层；；面面粉粉和和其其他他原原料料液液滴滴形形成成的的荷荷电电粒粒子子在在电电极极之之间间的的空空间间内内交交叉叉混混合合，，喷喷向向转转筒筒表表面面，，形形成成一一定厚度的定厚度的带状料坯带状料坯静电成型及撒粉装置示意图静电成型及撒粉装置示意图静电成型及撒粉装置示意图静电成型及撒粉装置示意图3. 静电成型及撒粉装置静电成型及撒粉装置五、电渗透脱水五、电渗透脱水   l原原原原理理理理：：：：由由由由于于于于蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质ξ ξ电电电电位位位位和和和和周周周周围围围围离离离离子子子子气气气气氛氛氛氛的的的的存存存存在在在在，，，，使使使使固固固固液液液液界界界界面面面面产产产产生生生生双双双双电电电电层层层层粒粒粒粒子子子子分分分分布布布布现现现现象象象象，，，，即即即即液液液液体体体体带带带带有有有有与与与与蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质胶胶胶胶粒粒粒粒等等等等量量量量而而而而符符符符号号号号相相相相反反反反的的的的过过过过剩剩剩剩电电电电荷荷荷荷。

当当当当有有有有静静静静电电电电场场场场存存存存在在在在时时时时，，，，液液液液体体体体受受受受自自自自身身身身所所所所带带带带电电电电荷荷荷荷影影影影响响响响而而而而做做做做定定定定向向向向运运运运动五、电渗透脱水五、电渗透脱水l应用应用——电渗透在食品脱水或固液分离电渗透在食品脱水或固液分离ü在在单单螺螺杆杆挤挤压压机机上上使使用用电电渗渗透透处处理理的的方方法法进进行行鱼鱼肉肉的的脱脱水水，，脱脱水后鱼的含水率由水后鱼的含水率由75%降至降至38%ü 经经过过对对大大豆豆蛋蛋白白、、玉玉米米蛋蛋白白在在静静电电场场下下进进行行脱脱水水试试验验发发现现，，在在加加电电压压后后，，电电渗渗透透不不仅仅使使脱脱水水过过程程加加快快，，而而且且随随电电压压的的加加大大，，最终滤饼水分减少最终滤饼水分减少六、通电加热六、通电加热1. 基本原理基本原理l通通电电加加热热亦亦称称“欧欧姆姆加加热热”(ohmic heating)或或电电抗抗加加热热(resistance heating)当当电电流流通通过过物物体体时时，，由由于于阻阻抗抗损损失失、、介介电电损损耗耗等等存存在在，，最最终终使使电电能能转转化为热能。

化为热能 n直流电会引起食品组分的电解变质，还会使电极发生电解腐蚀，直流电会引起食品组分的电解变质，还会使电极发生电解腐蚀，造成食品重金属离子污染，造成食品重金属离子污染，通电加热在食品加工中一般采用交流通电加热在食品加工中一般采用交流电电其发热量为其发热量为:n食品各部分的加热速度为 式中，ρ——密度；               cp——各部分物料比热容；               R——电阻六、通电加热六、通电加热1. 基本原理基本原理六、通电加热六、通电加热l一般食品或食品原料都含有较多的水分，而且在这些分散一般食品或食品原料都含有较多的水分，而且在这些分散体系中也同时含有各种电解质，所以电阻抗都比较小体系中也同时含有各种电解质，所以电阻抗都比较小 2. 通电加热的应用通电加热的应用六、通电加热六、通电加热通电加热主要在以下的优点优点：☺加热均匀，克服了其他加热方式的外表升温快、内部慢的缺点；☺加热过程中不需要搅拌或混合；☺由于加热能量只在被加热物料处发热，因此，热损失少，节约能源；☺较大形状的物料可实现快速、均匀加热；☺设备体积小、无污染；☺通电加热还有特殊的杀菌效果。

六、通电加热六、通电加热通电加热目前需要解决的主要问题主要问题有:L加热速度的控制问题L对于非均质的复杂食品物质，各部分电阻都会不同，在通电时内部电流能否均匀地分布，成为影响加工品质的关键六、六、通电加热通电加热思考题思考题31.目前条件下，通电加热所表现出来的优点和有待解决的问题是什么？2.微波加热的原理，并简述微波加热的问题及可能的解决措施？ 3.简述电渗透脱水原理？。