过热蒸汽膨化果蔬的动力机制研究

The study of the couple driving forces of gas and superheated liquid in tissue to puff fruits and vegetables is an important basic theoretic research content for superheated vapor puffing technology. In this project, (1)through the spatial character analysis of inner-cellular and inter-cellular space in the tissue, obtain a mathematical method by using two-dimensional tissue image with spherical cells to express the three-dimensional space characters of the tissue. (2)Based on heat transfer principle, establish a mathematical model of liquid content and temperature changes during sample heated by superheated vapor within puffing can. (3)Based on gas dynamics, thermo dynamics and solid mechanics principle, establish a mathematical model of the relationship of gas and superheated liquid "explosion action" to the tissue puffing. (4)Through experiments, calculation and analysis, reveal the dynamic mechanisms of superheated vapor puffing fruits and vegetables. These results will provide theoretic guides for the developments of superheated vapor puffing equipment and puffing food processing technologies.

过热蒸汽膨化是一项近年来快速发展的食品加工国际前沿新技术，在果蔬脆片及脱水食品加工等领域前景广阔。过热蒸汽膨化果蔬的组织内部气体和过热液体做功与组织膨化关系的研究是该技术基础理论研究的重要内容，此方面研究的缺乏是制约该新技术工程化可靠应用的一个重要瓶颈。本项目将：①通过对果蔬组织细胞、内外空间性状的研究，获得利用具有球形细胞特征的果蔬组织二维图像表达三维空间性状的数学方法；②从传热学的角度，建立过热蒸汽加热过程中果蔬内部水分含量及温度变化的数学模型，进而明确膨化前果蔬组织内部气体与液体的构成和性状变化；③从气体动力学、热力学、固体力学的角度，建立组织内部气体和过热液体 "爆炸"双重效应的果蔬组织膨化动力学模型；④通过试验、计算和综合分析，揭示过热蒸汽膨化果蔬组织的动力机制。为过热蒸汽膨化果蔬装备和工艺开发以及膨化食品加工过程控制提供理论依据。

过热蒸汽膨化是一项近年来快速发展的食品加工国际前沿新技术，在果蔬脆片、脱水食品加工以及有效成分提取等领域前景广阔。研究并明确过热蒸汽膨化果蔬动力机制是推动该技术方法不断发展的重要途径。.本项目系统研究了过热蒸汽膨化干燥果蔬的物理性质，近球形细胞的果蔬组织细胞内、外空间定量分析方法，过热蒸汽加热过程中果蔬内部温度、冷凝及物料含水率及孔隙变化，以及膨化果蔬组织的动力机制等科学问题。结果表明，过热蒸汽膨化干燥的果蔬较热风干燥、冷冻干燥的果蔬具有好的外观、多孔组织和适宜的硬度。基于待膨化物料含水率、密度、孔隙率、比热、热导率等物性参数，分别建立了过热蒸汽加热球状、片状果蔬过程中物料中心温度、冷凝水质量数学模型，实现了对加热过程中物料温度、含水率、孔隙率变化的预测。依据孔隙率、含水率等物料特性以及温度、压力等蒸汽特性，分别建立了过热蒸汽膨化球状和片状物料的动力学模型。以青苹果、胡萝卜等为试验材料，通过运用模型预测和试验测定，表明过热蒸汽膨化动力与膨化度关系模型具有科学性和实用性。揭示了过热蒸汽膨化动力及膨化度取决于待膨化物料的热学和力学等性质以及蒸汽热力学性质的机理。因此，适当的物料初始含水率是膨化的必要条件，过热蒸汽加热过程中的冷凝直接影响膨化动力构成。增大过热蒸汽压力，是提高膨化动力、增大膨化度最有效的方法。仅增加过热蒸汽温度可增大果蔬内部气体瞬间释放做功，但由于冷凝水量增大使得果蔬内部孔隙及气体减少，因此增大膨化度的效果不够明显。.本项目不仅有效解决了过热蒸汽膨化果蔬的动力机制，而且明确了膨化之前过热蒸汽加热过程中物料温度、含水率、孔隙率变化的原因及规律，有效地将全过程结合起来，从而实现了对过热蒸汽膨化果蔬的调控。