冷冻解冻的特点高压交变电场下豆腐

文摘

系统地,全面探讨高压交变电场(HVAEF)解冻处理,我们调查了高压电场解冻冷冻豆腐的特征在不同电压的交流电(AC)。冷冻解冻,解冻损失豆腐,和具体的能源消耗(SEC) HVEF系统测量。七种不同的数学模型然后相比模拟解冻时间基于均方根误差曲线,减少的均方偏差,和建模效率。结果表明,解冻冷冻豆腐率明显大于高压电场系统相比,控制。线性和二次模型是最好的数学模型。因此,这项工作提出了一种简单而有效的策略,通过实验和理论上确定HVAEF解冻冷冻豆腐的属性。

1。介绍

豆腐是中国传统食品的代表,是一个最喜欢的消费者由于其独特的风味、丰富的口味,食用方便,和丰富的营养价值。解冻冷冻食品加工材料是一个重要的组成部分,而冷冻食品保存是一个完善的过程,证实了显著增加存储时间。目前,传统的冷冻解冻方法豆腐包括冷和温水解冻,还空气解冻,解冻和冰箱。然而,许多缺点陪这样的方法,包括提高颜色恶化和减肥,解冻时间长,营养价值下降。因此,日益增长的兴趣在探索新的冷冻解冻方法豆腐。

高压电场解冻(HVEF)是一种相对较新的,非热能的技术(1),它已被许多研究人员研究在猪肉2,3],金枪鱼[4- - - - - -6)、鸡肉(7),和苹果组织(8]。优势通常包括解冻时间缩短、食品质量保护、微生物生长抑制和减少能源消耗。当解冻温度设定在−3°C,冷冻鸡肉的解冻时间高压电场下2/3的时间解冻肉使用共同的冰箱(7]。HVEF治疗显著地缩短的解冻时间冻猪里脊肉,和解冻时间减少到2/3的控制(2]。同样,对于优化鱼,HVEF显著提高融化率(4]。他等。9)报道,解冻时间可以最大限度地减少50%相比,传统的空气解冻治疗。HVEF治疗解冻冷冻肉总微生物数量减少了0.5 - 1日志CFU / g,在不影响肉的质量,和减少挥发性基本氮生产期间储存(2]。参数如电压、距离和电场强度进行了研究,以确定的关系和影响因素(HVEF治疗3,5]。Mousakhani-Ganjeh等人报道,高压电场可以增加脂质氧化易感性金枪鱼由于臭氧生成(6]。HVEF解冻的能源消耗是相对小得多比其他解冻方法(3,5]。这些研究高压直流电场下进行。我们所知,很少有研究系统的全面报道了使用高压交变电场(HVAEF)解冻豆腐。

进一步研究该方法的潜在优化和改善解冻效率、冷冻豆腐解冻为了研究电压对融化率的影响。中心温度测量,除了解冻损失和能源消耗率冷冻豆腐理解角色的解冻过程能耗和产品质量。

2。材料和方法

2.1。实验设备

实验室规模的实验装置示意图见图HVAEF解冻1(一)。这个设置类似于EHD烘干系统(10]。它由一个垂直安装电极与多个尖针将固定水平接地的金属板豆腐冷冻解冻被放置样品。电极间隙排放点和接地电极100毫米。锋利的尖电极连接到一个电源可以提供交流电(AC)高压。为了设置所需的高压参数HVAEF解冻,电源连接到一个电压调节器,可调电压范围内0-50 kV交流电(AC)的一个控制器。接地电极板是一个80厘米×40厘米的矩形不锈钢板。温度和相对湿度都测量。HVAEF系统测量的电压和电流电压表和电流表,分别。数据1 (b)和1 (c)显示电极针的排列图和原理图,分别。针的20毫米长。针的直径是1毫米。两个电极针之间的距离是40毫米。针电极排列在多个行和排队,不锈钢丝。两个不锈钢线之间的距离是40毫米。所有的样品都在一层接地电极板上随机的。样品的中心温度由温度传感器测量。

2.2。实验方法

软豆腐从附近的一个本地市场采购内蒙古科技大学,中国呼和浩特。新鲜软豆腐切成方块(3.5厘米×3.5厘米×3.5厘米)使用刀和立即冷冻在冰箱−18°C。冷冻样本存储在−18°C到使用。

在室温下解冻冰冻的豆腐 °C下电场产生的高压4、8、12、16、20、24、28 kV交流(AC)。控制样本放置在相同的不锈钢板和受到HVAEF实验仪器治疗房间(0 kV)。相对湿度解冻 %,周围的风速是0 m / s。一个温度传感器插入的几何中心冷冻豆腐样品和记录在解冻过程中每隔5分钟。解冻是一直持续到冷冻豆腐样本的几何中心温度达到10°C。提高温度所需的时间冻结的豆腐立方体的中心从−10°C到10°C决心解冻时间。每个实验重复三次,取平均值。电场强度计算从以下方程: 在哪里电场强度,是融冰电压,是发光点和接地电极之间的差距。融化率(TR)冷冻豆腐样品(g / s)计算使用以下方程: 在哪里冷冻豆腐和重量吗解冻时间冻结的豆腐。

2.3。确定蒸发、融化和滴水损失

蒸发损失(EL)、解冻损失(TL)和滴水损失(DL)是由重量决定冻结和解冻豆腐样品之前和之后的地表水按照下列方程(4]: 在哪里,,冷冻豆腐的重量,解冻豆腐之前去除地表水,分别和解冻后豆腐表面水去除。每个实验重复三次,取平均值。

2.4。特定的能源消耗

具体的能源消耗(SEC) HVAEF系统在解冻的豆腐被一个电流表和电压表测量,分别。HVAEF系统的能量消耗率在冷冻解冻豆腐计算使用以下方程: 在哪里,,和是HVAEF系统的电压(V)、当前HVAEF系统(A),解冻时间(s),和冷冻豆腐的重量(公斤),分别。

2.5。数学模型和统计参数

实验解冻曲线是安装在表7个不同的实证模型1。模型最适合描述冷冻解冻速率曲线的豆腐是根据统计参数的值选择4、8、12、16、20、24日和28 kV交流电场,分别。

均方根误差(erm),减少均方偏差(),和建模效率(EF)作为主要标准来选择最佳的方程占样本解冻的解冻曲线的变化(11- - - - - -13]。erm给预测和实验值之间的偏差。是用于确定适合的善良:较低的值更好的适应。英孚也给模型预测能力与产品的融化行为,和它的最高价值是1。这些统计值计算使用以下方程: 在哪里是th解冻实验时间,是th预测解冻时间,实验解冻时间的平均值,是常数的数量在融化模型中,然后呢是观测的数量。

2.6。统计分析

单因素方差分析是用来计算蒸发损失,解冻损失,和滴水损失之间的冷冻豆腐在交变电场下,没有电场(控制)。蒸发损失、解冻损失和滴水损失在不同电场也使用单因素方差分析计算。解冻时间被认为是具有统计学意义的差异 。提出了这一研究报告的结果,意味着±标准差(SD)。

3所示。结果与讨论

3.1。解冻时间和解冻速率由不同HVAEF豆腐冷冻治疗

图2显示的效果不同的电压应用于HVAEF解冻时间和解冻速率。冷冻的豆腐是解冻在20°C下应用从4 - 28 kV电压增加的增量4 kV固定电极10厘米的距离。所有样本的融化温度是从−10°C到10°C。电压的解冻时间4、8、12、16、20、24、28 kV和170,160,135,130,95,90,75分钟,分别显著缩短相比,200分钟的控制(0 kV)。随着电压的增加,解冻时间下降。解冻的豆腐样品处理HVAEF相比增加的控制,和提高电压主要影响融化速率的提高,增加了0.1277,0.3180,0.6099,0.8638,1.3349,1.3116,和1.6119倍,分别在4、8、12、16、20、24、28 kV电压比的控制(0 kV)。可以看到,结果表明,融化率增加而上升的电压。这些结果同意这些研究报道增强在解冻速度外加电压的增加(3,4]。

高电压或电场强度可以诱发较强的离子风和更高的风速(14]。传质速率的增强可能是由于电晕风(15]。产生的电晕风影响着材料和扰乱的液体部分解冻豆腐,导致解冻增强。增强在解冻速率可以归因于电动风由多个points-to-plate每个针点电极,产生累积效应,可以大大增加融化率(16]。从图2,似乎融化率高于控制当电压低于15千伏。所以,除了在交流电场电晕风,另一个HVAEF解冻机制是可能的,因为没有电晕风。具体来说,随着水分子高度极东方自己的方向电场,循序会导致电能转化为机械能,从而迫使水分子的材料(10]。这种效应会直接与电场强度成正比。

3.2。中心温度的冷冻豆腐解冻HVAEF不同治疗方法

图3说明了中心温度的冷冻豆腐暴露应用电压4、8、12、16、20、24、28 kV,和0 kV(控制)在室温(20°C)。中心温度的冷冻豆腐每5分钟测量和所有样品的初始解冻温度−10°C。结果表明,解冻温度迅速增加,达到对−3°C前10分钟。在过去的20分钟,解冻温度也迅速增加,达到大约10°C。解冻温度增加缓慢−2和0°C之间。大部分的解冻时间消耗在提高温度从−2 0°C。在食品冷冻行业,5 -−−1°C的区域通常被认为是最大冰晶的形成(2,5,7]。在这个温度范围内缓慢解冻的时间(−2 - 0°C), HVAEF治疗发挥其最大的效果。这个结果的同时,在其他的研究已经发现(2,5]。

3.3。EL、DL、TL的豆腐

在这项研究中,EL、DL、TL测定豆腐样品用不同的电压。电压对EL、DL、TL豆腐在桌子上2。当解冻损失低,持水量很高(2]。结果表明,蒸发损失随着外加电压的增加而增加。材料的蒸发率样本处理HVAEF相比增加的控制,和提高电压主要影响蒸发率的提高(17- - - - - -19]。滴水损失是在电场比控制和治疗随外加电压增加而降低。可以看到,结果表明,电压的变化对解冻损失有重大影响。换句话说,持水量提高豆腐使用HVAEF解冻。这个结果不符合在其他的研究已经发现(2,4]。解冻过程会导致结构性变化的纹理和豆腐(20.]。在相同的解冻方法下,不同的材料有不同的结果。和解冻损失与解冻时间。解冻时间显著缩短HVAEF比的控制之下。

3.4。电压的影响在特定的能源消耗

图4显示的具体能耗(SEC) HVAEF系统在解冻的豆腐。SEC nonmonotonically HVAEF系统变化的电压,达到一个山谷4-28千伏。他等人发现,SEC HVEF明显受到电压和外加电压的增加而增加3,5]。结果表明,电场能量没有完全吸收解冻冷冻豆腐和吸收的能量控制系统的一部分。这将影响HVEF系统的能源效率。

3.5。选择最好的数学模型

获得上级冻豆腐的数学模型,并进行非线性回归分析估计七解冻的常量和参数表中给出的数学模型3。均方根误差的统计结果(erm)的均方偏差(),从数学模型和建模效率(EF)给出了表3。结果表明,指数、线性和二次模型,EF值高于0.96,和RMSE值范围从44.1071到60.0811和9.8935至11.6113,分别显示良好的健康。很明显,所有的三个数学模型可以令人满意地描述解冻时间曲线HVAEF豆腐冷冻治疗。所有的模型拟合,EF值最高的和最低的值可以通过二次模型,但erm的最低价值可以通过线性模型。因此,线性和二次模型被选为最佳的模型来表示解冻冷冻豆腐HVAEF解冻技术的行为。他等人发现,高压电场下的所有实验结果拟合的二次模型解冻时间3];这些结果与本研究的协议。

4所示。结论

HVAEF技术可以加强解冻冰冻的豆腐。解冻速率增加而加强外加电压。的均方根误差(erm)的均方偏差(),和建模效率(EF)、线性和二次模型被发现适合描述解冻冷冻豆腐在不同电压下的特征。电压对解冻损失有重大影响。总的来说,HVAEF似乎是一个可行的方法解冻冰冻的豆腐。然而,需要更多的研究,尤其是对其与其他现有技术比较全面的效用。

的利益冲突

所有作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金会(没有。51467015)、大学生创新创业训练计划的内蒙古(没有。201610128002),中国内蒙古自治区自然科学基金(没有。2017 ms (LH) 0507)。

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