食品加工新技术远红外线在食品工业中的应用.docx

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食品加工新技术远红外线在食品工业中的应用

第三章远红外线在食品工业中的应用

第一节远红外线加热的原理

一、物质吸收远红外线的机制和条件

１、远红外线的概念

远红外线是指波长为2.5-1000μum的电磁波。

２、吸收机制与吸收条件构成物质的基本质点是分子、原子和电子。

这些质点即使处于基态都在不停地运动着──振动和转动。

这些运动都有自己的固定频率。

当遇到具有某个频率的红外线辐射时，如果红外线的频率与基本质点的固有频率相等，则会发生与共振学中共振运动相似的情况，质点会吸收红外线，并使运动进一步激化；如果二者的频率相差较大，那么红外线就不会被吸收而可能穿过。

基本质点吸收红外线由一个能级跃迁到另一个能级，必须满足玻尔的量子条件，即：

Em-En=hvmn

式中Em──高能级能量

En──低能级能量

h──普朗克常数

vmn──红外线频率

基本质点不具备上式的能级，则不会吸收频率为ｖmn的红外线。

３、远红外线的加热原理

４、用远红外线加热食品的理由

５、用远红外线干燥水分的理由

二、物质对远红外线的选择吸收

１、物质不是对所有的远红外线都会产生吸收，只对其中满足ｈｖmn=Em-En的远红外线辐射产生吸收,其频率不能满足此式的远红外辐射则会穿过。

２、物质分子的吸收能级很多，各个能级的跃迁能级不等。

因此实际的吸收不是单一的，而是复杂的，并拌有多种能级跃迁的吸收过程。

不同的物质能级不同，其吸收光谱也不同。

图3-3,3-4是几种食品物料在红外区的吸收光谱。

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图％3—些有机高分子物质和食检的吸收光谱

三、辐射与吸收的匹配

１、选择性辐射──辐射能力按不同波长而变化的特性称作选择性辐射。

２、匹配辐射加热──当物料的选择性吸收与辐射源的选择性辐射相一致时，称为匹配辐射加热。

３、匹配辐射的标志──只要辐射体的辐射能分布曲线的峰区与物料的主吸收峰区相重合，并且辐射体在该峰区具有较高的单色辐射率，就可以粗略地认为达到了良好的匹配。

四、远红外线加热的特点（P112）

１、热辐射率高；

２、热损失小；

３、容易进行操作控制；

４、加热速度快，传热效率高；

５、有一定的穿透能力；

６、产品质量好；

７、热吸收率高。

从远红外加热原理和食甜加工要求这方面来看，一般认为柱食晶加工中应用远红外加热具有以下优点：

（1）热辐射率高在食品加工的加热的溫厦范囿内，II体和近似黑体热辐射密度最大的波长正是在2.5〜2"rn远红外线的波长范围内，因比使用远红外线加热食品有着较高的热辐対率。

：

（2）馆损失小辐射加热不存在传热界面•远红外线直接辐射到被加热物体的表面，远红外线在空气中传播时的攪失很小，即传热损失小.

（3）容易进行撫作控制远红外线同其它光波一样.具有直接传播、漫反躬和鏡反射的性质.因此可以通过光的集散、遮新机构，更合理地悴制辐射热，使之在加热器中更为有效炮被利用，以提高加热质■，或少热標失，

（4）加热速度快，传热效率高在食品加工中.不仅晏使产品的色、香、味俱佳，而且整尽可能保存食品的营养成分、因此加工过程中温度的控制应非常严格。

在这样的要求下，采用一般加热方法时，热源的温度受到限册，热原与被加热食品的温菱不可能很大，从而传焦速度就慢。

为了提高一般加热方法的加热效率，就必须増大加热面稅，即要屈大热设备的尺寸和规模.但运用远红外线加热，热赢与物料不直接接融，圉此可以在保证物料不过热的情况下.摄高发热体（辐射处，也口热弹）的温度.由丁远红外加热的速度与热源表面温度和物料溟度的4次方之養成正忆.SJtt,远红外加热的速度可以比传导和对流传热快许多.这样，既可保证食品如烧鸡和烤鸭的寢面.很快形成皮膜,又可减少内部香味成分的损失，同时又可节约设备的费用.

（5）有一定的穿透能力红外线的穿透能力没有微波强•但也具有一定的穿透能力，町对物体内部直接加热的能力。

表3・3是远红外线往一些食物中的穿透探度•尽管这一深度不大.但对于-些薄的材獅，也可显著提髙加热的效率.另外.远红外被物体吸收的程度与被加热物料（食品）的濒色无关，因此采用远红外加热时，加热不受食甜的糜色的影响.食品受热比较均匀，不会喝部过热.

*3-3远虹外线衣一些食品中的・透派度（mm）

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<6）产品质量好远红外鏡的光子能量比紫外线、可见光线都要小，因此一般只会产生热效果，不会引起食物成分的化学变化.另外，远红外加热的速度快，加热时间可大大缩短•因此食物成分受热分解的可能性也小.实脸还明；一些含有叶绿素和维主素等易分解成分的果蔬，采用远红外加热下燥代替传统的干操方法后，这些成分的损失大大减少.'

（7）热吸收率高爺面已经提到，大部分的食品材料的电磁波吸收峰多集中在2.5〜20#m的远红外线渡长范围内•即大部分的食品材料对运红外线都有很高的吸收率。

这就是食品加工中普遍应用远红外线加热的原因之一.

第二节远红外加热的设备的分类

有箱式加热炉和隧道式加热炉

图3叨箱式炉外形

第三节远红外加热在食品工业中的应用

一、食品远红外干燥

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，化学分解小，原料不易变性，适于热敏性物质的干燥。

实例_：

菠菜

直径Sfinxm的ST菜在70CT，经3〜10円n披快的远虹外干燥，其产品的维主索C的残存量为217m&/100e样品・是一般电赠干燥产品的2倍•应用远红外干操育基产品的透光度（透光度越高*说明叶最素含■越氐新鮮青鑑的透光度为63%）为72%.而热凤干燥的制品超过80%.即叶绿素的保存率以远红外干燥的为高。

除此之外，远红外干燥的青R90C热水»»3mm水性契比热凤干燥的好”这说明，远红外干燥的产昂的表面礎比程度较低。

日本的清水贤对马蛉薯和胡事卜进行远红外干燥的试验表明，基干制抽的丧面鼻有多孔特性.这无嶷对产品的复水很有好处。

实例二、水产品干燥

实例三、面条干燥

二、食品远红外焙烤优点：

加热速度快，表层加热效果好，因此可以满足焙烤的要求。

实例：

在酥性饼干的制造中，传统的做法是在80℃下进行第一次干燥，但在该条件下，表面和内部的水分分布不均匀，膨化是产生大小不一的气泡，因此产品咬感较差。

而采用远红外干燥，不仅无此现象，而且还可节约１０分钟时间。

在第二次干燥时，还可节约2/3的时间。

同时可节约62%的厂房面积和19%的燃料费用。

三、食品远红外熟成

１、远红外熟成的概念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，从而达到熟化的效果。

２、实例

实例一：

降低煮蛋时的破壳率传统方法煮蛋的过程及缺点──过程是先将蛋放入２０℃的水中，然后在水浴中加热到８０℃，再用冷水冷却到２０℃。

由于蛋与水的温差较大，所以破壳率较高，且造成水中微生物对蛋的污染。

远红外线加热的过程及优点──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。

实例二：

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。

实例三：

加速腌渍进程

四、食品远红外杀菌优点：

远红外线加热杀菌不需经过热媒。

远红外线直接照射到待杀菌的物品上，传热直接由表面渗透到内部，另外有部分远红外线直接穿透表面，加热内部加热（穿透力比微波稍差）。

因此，远红外线不仅可以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，以及袋装食品的直接杀菌。

（一）谷物和果实的表层杀菌处理常用于谷物杀菌的方法是：

向谷物中通入有毒气体如氧化乙烷、氧化丙烯和溴甲烷等，但毒气会带来安全问题。

因此，美国对此工艺作了严格的限制。

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，并且无毒，而且还有助于提高产品的消化性能。

图3・22远红外干燥流程图

A—Jt箱B—红外加热元件C一綸送带

D-振动器E-暫芒箱F-粉碎机

G—空气分选器H-r箱

（二）谷物和果实的内部处理

1、大豆的灭霉处理

优点是升温快，工艺达到灭酶的要求，耗能低赖氨酸损失小。

图M-23是利用运红外线处理大豆使其脂肪氧含酵失活的流释图"大豆首先盟远红外线照射，快速升沮・然后在保温仓电保温一段时间.采用该就程处理大豆不仅可比很好地达到灭離的工艺妥求《见图3-24）,而且降低軽耗°另外；采用该流程处理*大豆中的niKRm失可以威少到堆小程度。

图3-23远红外处理大豆工艺流程图

2、豌豆的灭酶处理

新鮮豌豆衽进冷冻保竜以前要使其脂肪氧合祥失活。

同样，上述流程也适合于新鮮绿瞬豆的灭酵处理.采用该流程处理*航垃维生素C的悍存車离于传统的热水廉烫・风味也要比传统的热水谏烫处理奸.

3、饲料用蚕豆的灭酶处理

４、饼用小麦面粉的灭酶处理

５、油菜籽灭酶处理

６、谷物与果实内外部的同时处理

五、食品远红外解冻利用远红外线对冷冻食品进行解冻处理试验，表明内部与外部温差小，中心温度上升快，适于解冻的要求。