高压静电场在食品加工上的应用研究
高压静电场在食品加工上的应用研究
张 璐 李法德 (山东农业大学工程技术学院 泰安 271018)
■耍 本文从高压静电场对食
品的作用机理 出发 ,通过试验 .探 讨
了高压静 电场在食品的干爆 、解冻 等
方面的应用 .
关 ■词 食 品 干爆 解冻
高压静 电场
0 引富
食 品 工 杜 中的 各 种 糠 作 单 元 直
着现代抖学的进 步都在由 禹盘率、截
能耗 ,禹品住 方 向 生晨 。并 多领 域 的
.}技术都 在 不 断向 食品 工 业净 透 。近
几 丰 生 晨 起 来 的 ...
高压静电场在食品加工上的应用研究
张 璐 李法德 (山东农业大学工程技术学院 泰安 271018)
■耍 本文从高压静电场对食
品的作用机理 出发 ,通过试验 .探 讨
了高压静 电场在食品的干爆 、解冻 等
方面的应用 .
关 ■词 食 品 干爆 解冻
高压静 电场
0 引富
食 品 工 杜 中的 各 种 糠 作 单 元 直
着现代抖学的进 步都在由 禹盘率、截
能耗 ,禹品住 方 向 生晨 。并 多领 域 的
.}技术都 在 不 断向 食品 工 业净 透 。近
几 丰 生 晨 起 来 的 截 能 技 术
(Microenergy Technology)就 是 利
用蠢 能簿如 电 辑、电 蝮f来秆 宽
生物体 内的作用情况 ,特剐是从 电
辑 的 一度 进 行 的 多嘎 应 用 技 术秆 完 .
在食品拜碡 、千熏 以晨农产 品储藏辟
并和种 子生长午方 面的应 甩取得 了
艰 太 的 进 步.毫 者 现 就 南 压 静 电场
(h 皇h voltage electrostatic fleld)在
童品的干熏、拜碓午方 面的应用进行
论 递 .
1 机理
l'l 水 的 特性
食 品 中除 了干糊 品 外 ,水 分 各 量
往 往 占 一半 以上 。泣 击 童品 中水 的 各
量 占J乇太 部 分 一水 莱 的 水 分 音 量 为
85 ~ 帅 ;蔬 幕 太 都 为 9O 以上 t
畜 肉 为 60 ~ 75 i皇 肉 为 70% ~
80 I暑 央 为65 ~85 .就连 来 恒 ,
馒 、面}f主童各水丰也 彝在65%
~ 85 以上 .因此 .食 品 加 工 中 各 种
手段 时水 的影 响 关 系甚 太 ,禹压 静 电
埒无论 是 对 食 品进行 干熏 ,拜 碡 还是
保并 ,彝 冉不开对水 的作 用.水 有并
’特 球 的性 质 t蛄 冰 时 体积 增 大 I4℃
时 比重 t太 I毛 ■ 蕾 中的 水 或 生 物体
内水 (『司悻 拳)可 毗在 一 1oo℃不 硅 t
在 两个 问朦 艰 小 的 平行 糖 中 问如 莱
充 满 此 水 ,# 分 离 电 压 和 拈 度 在
l5℃ ,30℃ 、45℃王扭 太值 ,这 几 个 点
也 正是 砷物 的 生理 活性 不 连 堆点 .水
分 子 式是 H 0.相 时分 子 量 只 有 18,
然 而 ,在 常 温 下 却 以泣 击存 在 ,与 其
他 央似 化 台 物 相 比 ,比收 反 常 一在 一
蕞元 素化 合特 中,一盘 J目期袁 上佣 元
素 的化 合 物分 子 量越 小 ,缸 点 、沸 点
越 截 。例 扣 .弟 Ⅵ姐 蕞 元 量 的 置化 物
S(相 对 分 子 量 34)、H2Se(相 时 分
子 量 81),HzTe(相 对 分 子 量 l2 6)
午都符合遣 一悬率 .它们在 雷温下彝
是 气作 ,接 此 推算 ,水 的舳 点 、沸点庄
分科 为 一 9l℃和 一73℃ ,而宴 际上 水
的 舳 点 和 沸 点 比选 一 推 算 值 分 ,|禹
出 了91℃和 173℃。另外 一与水 有 棚近
的缸 点 ,沸 点 的化 合 物 并 不 多,只 有
蕈 ,环 己兢 ,甲 鱼 和萱.馥 。撮 而 ,选 垂
特 质 的 相对 分 子量 比水 要 太的 多。
圈l 水 分 子 目蛄转
可 见 水 分 子应 谴 以主 太 的 分 子
团(clusWr)的 式存在 .却 步分析钛
为,由于 水是 由置氧健蛄合而成,弄
有 一定枉 性 水分 子 田蛄 神 的泣 作 ,面
选 种水 分 子 目蛄 扮 赛 际上 是 一种 堆
鲁 态 培 掏 (见 圈 1),一 蔑 但 幢 辟 持
1O叫。秒左右 , 蚌 赴于帐 靠置健 的
分 子采 合和解 采的 岫 击 平舒 中 ,它的
抖列和运曲状击随时发生着变化 。因
此 一当外 加 电 辑 的 截 能 量作 用 时 ,选
种分 子 最台 和 解 采 的 平 衡 可 晚 被 打
破 ,位辟 最大 干 襄合 。同时 .也健 f}水
分 子 目蛄 转 以 晨 由 此 构 成 的 冰 詹 蛄
构随 着起关健作 用的置健 的崩溃而
盘生 较 大的 变化 .即 冰适 步过 渡 捌 便
保 持 85 量 健 的 水 的 状 击 .除 此 之
外 ,水与其他特质一样存在 鲁固有麓
率 ,当外 加 葶1起 共 鸣 的 电量 辑 (静 电
埒)时,水也能炭生共鸣现 阜,而水的
选 种 共 噜 现 摹毂 有 可 晚 引起 水 蛄 犄
的 葭 变 ,位 #成 为话 性 水 。
1.2 食 品 的 电特 性
现代 生糖 精 理 学掌 认 为 ,生 轴体
置 置 枣 的 、特 球 的曩 采 物 质 .包 各 有
各 种 各 掸 的 半 年 体 、电舟 质 ,帚 电粒
子等等.食品不但 种墨繁 多,而且其
衄 成 蛄犄 也 非 宙 置南 ,它们 中 问 太 多
都 是 电舟 质 、导体 和 电辫 质 找各 种不
同形 式衄 合 成 的 蔓合 伴 。电解 质 在 食
品 中 各 量 为2 ~ 95 .食 品在 电
辑 中 ,由 于 电 阻 和 拈 性 的 作 甩 ,套 产
生 能量损 失 一能 量援 失 第 一来 自电导
引起 的 电 导 损 失 .第 二 来 自舟 电 损
失,因为食 品的成 分 基 奉属于 电舟
, 因 此 ,童 品 电 物 性 晨 # 利 用 多 与
它的舟 电特挂 有关 。
1.3 静 电场 原 理
匀强 禹压 静 电蟠 蛙 理 技 术 的 辱
理是 t位 鼻子化 的 气作 在 电埒 内移
动 ,向 特 的散 体 截 粒 (尘埃 、熏 期 )
传 追 电荷 .
非 匀 强 电 埒 的教 电现 摹 非 常 蔓
栾 ,当电压 增 大 时 ,在 t 大 电 埒 强 度
盘生气体 鼻子化 ,蛙面进 ^糖 定的电
晕最 电状击 。当电埒艰 不均 匀的时
幢 ,局部的气体 鼻子化教 电可电位整
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十 阃朦 电场 强度 消 失 。在 电场 强度 恒
定 的竹一 平 板 电扬 中 ,电晕 风的 速 率
分 布 王指 教 分 布 .所 以 ,电晕 放 电形
成 的 离 子风 最 竹 一 平 板 电扭 闻 的 水
蒸发 速 率加 快 的主 要 曲力 .
异外 .日奉 学 者 '置j1】发 琨 一在 高
压 电扬 下 ,水 的 蒸 发 变 的 非常 活 跃 ,
施 加 电扬 后 .水 的 蒸 发 速度 加 快 .当
去 蚌 电扬 后 ,水 蒸 发 潜 熟 太 大 降 低 。
利 用这 一 现 象 t可 咀进 行 提 高食 品干
鼎 、解 冻 效 率 和 降 铖 托 耗 的 研 究 开
斑 。
2 干 燥
撂 讨 高压 静 电扬 对 食 品 的 干
爆 作 用厦 其机 理 t笔 者首 先 作 了蒸馏
水 蒸 发试 验 ,通 过研 芄 高压 静 电扬 对
蒸僖水 蒸 发 的 影响 .通 过 考 察 不 同温
度 、不 冉场 强 下静 电扬对 水 分 蒸发 的
静 响 t初 步分 析 高压 静 电扬 下 蒸馏 水
的 蒸发 、干爆 机理 .不 同温度 下 ,蒸发
量 随 时 间 变化 的 关 系如 图2所 示 。由
围 2可 以 看 出,蒜炭 量 与 时 闸 王 巍 性
关 系t直 墁 井 率 反 映 了蒜发 速 率 .蒸
发速率 随 着温度 的 升 矗 而增 大 .因此
可 以;L ,蒸馏 水 的蒸 发速 率 最 电扬
单 驻 作 用下 的 蒸 发 率 和 蒜馏 水 自由
蒸 发 时 的 蒸 馏 量 的 总和 。并 且 ,燕 慵
水 的 蒸发 速 率随 着 场 强 的 增 大 而 增
大 但 不 王 巍性 关 幂,而 是 出现 :l佳
状 态 .
因2 蒸发 量 随 时 阃的 变化 关 系
辩
鞋
O 3口 6o 90 l za l 50
+ 毫局:韩
嘲
一 对比:眦
— ●一 ‘ 蜃 : 6℃ — 一 对比:36℃
—●一电啊;20,8℃ 十 对比: .8
在 此 基础 上 ,笔 者进 行 了高压 静
电扬 下琼 脂 蕞赃 和 豆 渣 的干 爆试 验 .
蛄秉
明 +常 温 下 t电 场 可 使 琼 脂 蕞
腱的干爆速率 明显加快 ,水分时蒸发
速 率随 电场 强度 增 大 而 巍性 升 高 ,随
电枉 阃距 离的 增 大王指 教 下 降 。电扬
皿 塑型 堡墅
作 用 下 的 豆 渣 干爆 速 率 最 不 加 电扬
干 爆 的 2倍 左 右 节 艉 率 在 85 ~
9O 。
3 解冻
食 品 解 冻 一土 最 奎 世 界 食 品 生
产 盘业 面 临的 太筒 题 .为珠 持蛄 冻食
品在 解 冻 时的 质量 ,并且 魄彤 肪 止强
生 轴 污染 、傲 到 节省 匏 耗 .中外 荦 者
蛄 台 镬 能技 术提 出 了 高压 静 电扬 解
冻方法 .
日奉 学 者 Tacsukiyo 0htsuki于
1991年 6月在 鼍 田 申请 了静 电解 冻方
法 鹿 其裴 王 专利 。提 供 赛硷 豆示 t在
一 3~ 3℃下 壹托 皇片 、牛 肉 片的解 冻
时 闻忸 同样 温 度下 时l/4~ 1/3,而
且解 冻后 无明 显 汁液 流 失现 象 t几种
氍 生轴 指 标也 明王 低 于对 照 。
景德礼 、方胜午在埠讨 电扬 下水
时轴 理 变化 过 程 中,曹进 行 蒸 馏 水
站 、解 茸 试验 ,发厦 两者 的 蛄 解 菲速
率 发 生 了芟化 ,但 盖 臣 不 太 ,而 且 蛄
冻 .点温度 几乎 没 有王 著王 别 ,但 在 高
压 静 电扬 下 的蛄 茸 速 率却 明 显 快 干
自然状 态 。
囤3 冰熔 化 速度 随 时 闻 的 变化
_
;
i
惜
0 l20 24ff 36O 480 ∞0
在笔者进行岛 # 战验中,分别
对 lO咄 蒜馏 水放 置 珠 箱 内菲 蛄 后 进
行 卣 解 冻和 矗压 静 电扬 解 菲 ,蛄秉
如 图3所 示 t无 论施 加 电扬 与否 ,冰 的
熔 化 在 经过 试 验 前 期 蛙 懂 增速 阶 覆
后 .进 ^ 高速熔 化 阶覆 ,此 时 ,电扬 作
用 的熔 化速 度 明王 高 干 自 状 态 下
的熔 化 速 度 。在 前 期 .施 加 电扬 后 冰
的蟑 化 速度 最对 照 的一倍 t到后 期 施
加 电场 后 的 水 的蟪 化 速 度 太 天 禹 干
对 照 的 熔 化 速 度 .囤4反 映 了不 同 电
扬 条件 下 ,熔 化 速 度 随 时 间 的 变化 ,
电扭 距 球 表 面距 离 48ram 时 的蟑
化 速度 太于 距 离 为24ram 的 ,而距 离
为36ram 的 熔 化速 度 t低 。由此 可 咀
青 出,在 相 同 电场 强度 的 前 提 下 t不
同 电场 强 度 对 冰 的解 冻速 度 影 响 弃
在 一十 t 佳 佳 ,此 时 ,冰 的 熔 化 速 度
最 大 ,这 一 点 与前 连 蒸馏 水 的 蒸点 试
验 所 得 蛄 话 一 致 。异,卜,在 试 验 过 程
中 ,笔者迁 发现 :在 电扬 柞 用 下 .球块
带上 了负 电荷 ,出现 选 一 现 象 可 由 电
晕风 放 电理 话 解 释 .
4 结论
随 着食 品 工业 的快 速 发 展 ,由 于
化石 搭料 托 源 的不 可再 生 性 ,高压 静
电扬 咀其 艉耗低、卫生、而控制午 特
点 t将 进 步 成 为 食 品 工 业 赴 理 的 主
藏 .砖 了干 爆 、解 冻 外 ,高压 静 电扬 迁
可以进行 秉蔬储藏、杀 茸等 ,应 用前
景 非常广 阔 。
参考文献
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