高压电场运用于加速食品解冻的研究

． 一 ： · 。 《食品工业科技》 Science and Technology of Food Industry Vol·20，No·1，1999 高压电场运用于加速食品解冻的研究 方胜李英杰 陆守道 ．2。 7 ‘北京轻工业学院机械系，北京 。。。。 7 2。 ， 摘 要 在综合论述常用解冻优缺点的基础上，提出一种新型的低温解冻技术——高压静电场解冻，介绍 了这 的 皇 且从水的 了解冻机 壕食岛 关键词高压静电场解冻 禽{ C∥ ，／朱& 】 Abstract Based on the discuss Df the advant es and disadvantages Df the commom used thawing method ta new thawing technology at low temDerture—— thawing in high voltage electrostatic field is discussed in this paper·The present situation 0f this technology is introduced and the thawing mechanism is analysed from the angle Df water Key words highivoltage electrostatic field{tI1awing process 长期以来，利用冷冻的方法来达到食品的流通已 成为世界各国的主要方法之一。然而，冻结食品在食 用之前，解冻是必要的工序，其目的是使冻结食品融 解以尽量恢复到新鲜的状态，由于冻结食品在自然状 态下也会融解，所以解冻方法的探讨容易被人们忽 视 一些食品生产企业，尤其是生产罐头、熟食等厂家 ． 需要大量冻结食品作为原料，上乘的冻结食品如何使 其在解冻时质量得到有效的保持，从而保证这些企业 能够获得稳定的高质量的最终产品，就必须寻求最好 的解冻方法。同时深入分析解冻对食品质量影响的理 论基础 目前，常用的解冻方法主要是外部加热法和 内部加热法两类 ]。 1 外部加热法解冻 外部加热法是利用解冻介质(空气、水、水蒸气) 的温度高于冻结食品而进行的对流传热、热传导或热 辐射解冻。 以空气为介质的外部解冻称为空气解冻或自然 解冻，它分为静止空气解冻、流动空气解冻、热空气解 冻和加压空气解冻等。显然，静止解冻法不但需要时 间长，重量损失大，而且微生物污染严重；流动空气和 热空气虽然能缩短解冻时间 但食品汁液流失多，同 时食品面易于干燥，严重影响品质 加压空气使得 冰的融点降低，食品易于融化，大大缩短解冻时间，然 而相应的解冻装置占地面积大，建设费用较高。以水 为介质的水解冻法比空气解冻效率要高，这主要是水 的传热系数较高的缘故。但是，由于水的浸润，水解冻 法易使食品丧失某些可溶性物质，增加微生物繁衍的 机会 真空解冻优于以上两种方法。在真空状态下， 水的沸点降低而形成水蒸气，水蒸气在食品表面凝结 而放出凝结热达到解冻的目的 真空解冻的效率比空 气解冻高 2～3倍，并且在真空状态下大多数微生物 受到抑制，有效地控制了食品营养成分的变化，而且 汁液流失小，食品质量好 但真空解冻时冻结食品(如 肉类)的内层深处升温较慢，而且设备复杂、投资大。 无论是对流传热、热传导或热辐射，由于传热速 度在食品内部主要取决于传热方向上的温度梯度，因 此解冻速度慢、加热不均匀几乎成为上的一大难 。近年来，人们进行了食品内部加热方法的探讨。 2 内部加热法解冻 内部加热法是利用食品的电特性来加热解冻的， 主要有低频电流解冻、高频和微波解冻等。 低频电流加热解冻也称为电阻解冻或通电加热 解冻。它将冻结食品看作一段导体，通过 50～60Hz 的低频(或更低)交流电联结，在食品的阻抗损失、介 质损耗的变化过程中将电能转化为热能。实验证明， 这种方法比热传导的方法解冻速度快 2～3倍，且耗 电少，但对物料本身的形状有所限制，对与电源接触 部位的紧密程度也有较高要求，否则内部解冻明显不 均匀，局部甚至产生过热现象 高频解冻一般采用 13．56MHz的高频波。与微 波(2450MHz)--样，高频渡照射冷冻食品时，能促使 食品中的极性分子，特别是水分子在电场中高速反复 振荡，分子问不断摩擦，在极短的时问内(5～15rain) 使食品内外同时升温解冻 因此，通常将高频和微波 两种加热解冻方式通称为介电感应加热解冻。介电方 式加热解冻的主要缺点是 某些频段的高频波，尤 其是微波对人体组织有伤害，必须有安全防护设施； b．由于食品内部蛋白质、脂肪和水分等极性分子的 分布不尽相同，使得介电加热解冻时仍然存在加热不 均的可能，从而导致部分过热，使食品品质下降}c． 介电加热解冻对设备和技术要求高，投资费用较大。 ·29· 维普资讯 http://www.cqvip.com 《食品工业科技》 Science and Technology of Food Industry Vo1．20，No．1，1999 3 高压电场解冻 由于解冻是冻结的逆过程，因此人们自然希望解 冻后的食品能最大限度地恢复到冻结前的新鲜状态。 然而，目前的实践证明解冻后的食品无论新鲜程度、 颜色、重量或营养成分都远不及冻前水平。无论采取 哪种方法，解冻过程都存在较大温升的致命弱点。正 是由于温升和各部分温差的存在，才使得解冻食品的 鲜度保持、微生物的控制成为难题。因此，需要探讨新 型的低温解冻技术，避免解冻过程中的温升现象。 近年来，食品工业中静电技术的应用研究正在悄 然兴起，这主要得益于微能源、静电生物效应和电场 分析等理论基础研究的进展。目前，静电技术在食品 领域内的应用研究主要表现在：对食醋、白酒等发酵 食品的催陈作用口 、对果蔬食品的保鲜作用口 、对微 生物生长的抑制作用“ 和对冷冻食品解冻过程的加 速作用0 等几个方面。其中高压静电场对冷冻食品的 低温解冻作用越来越受到人们的重视 尽管处于初期探讨阶段，其机理尚未获得有效的 突破，然而 日本学者已经在使用静电解冻方法上有所 成绩。1991年 6月名为Tatsukiyo Ohtsuki的发明者 在美国 申请的专利 “PROCESS FOR THAwING FOODSTUFFS”(专利号是 5，034，236)就是有关食 品静电解冻方法及其装置 相应提供的实验结果显 示)，在一3～3℃下金枪鱼片、牛肉片的解冻时间仅为 同样温度下的 1，4～1／3，而且解冻后无明显的汁液 流失现象 ，几种微生物指标明显低于对照。 笔者曾经利用高压静电发生装置(图 1)进行了 初期探索。采用冻透的蒸馏水作为试验，以电场 强度为200kV／m，环境温度为 5℃为试验条件与相同 温度和等量下的自然解冻作比较(图 2)。经过多次重 复试验，结果表明，未加电场的自然解冻冰块脱离冰 水共溶区的时间需要约 22h，而冰块在电场处理下脱 离冰水共溶区仅需要 14h，明显地超前于前者，而两 变压器 冷藏箱 · 30 · 图 1 高压静电场发生试验装置 者的融点差异不大。 0 2 4 6 g 1Ⅱ 1 2 14 】6 1日20 2 24 h ’i⋯ t ℃ № c(h) 图 2 在 ZOOkV／ra电场下对球的解冻试验 理论分析认为，水是 由氨键结合而成的，具有一 定极性水分子团结构的液体，而这种水分子团结构实 际上是一种准稳态结构(图 3)，一般仅能保持 10 。S 左右，始终处于依靠氢键的分子聚合和解聚的动态平 衡中，它的排列和运动状态随时发生着变化 ‘。因此， 当外加电场的微能量作用时，这种分子聚合和解聚的 平衡可能被打破，而趋于解聚大于聚合的状态之中， 同时也使得水分子团结构以及由此构成的冰层结构 随着起关键作用的氧键的崩溃而发生较大的变化，即 冰逐步过渡到仅保持 85 氨键的水的状态口] 更为 全面的试验验证和理论分析有待进一步深入。 图 3 水分子的准稳定结构 综上所述，利用高压电场的微能源参与解决食品 的低温解冻问题是涉及物理学、化学及食品物性学等 多门学科的综合研究题目，在国内和国际上均具有一 定开拓性和实际应用的价值。 参考文献 1 刘学浩 ．食品冷加工工艺 ．中国展望出版社，1983 2 鲍重光 ．现代静电技术．万国学术出版社，1988：442 3 方胜 李里特 ．利用静电场实现果蔬贮藏保鲜的机理探 讨 ．静电，1996(1)：l6～18 4 王锡录等 ．静电高压杀灭表皮葡萄球菌 ．静 电，I996(1) 5 李里特 ．食品工程中的电磁处理技术原理和新动向．中 国机械工程学会包装与食品工程分会第四届学术年会论文集 6 李里特 ．食品物性学 ，中国农业出版社，1998．2：155 7 o R 菲尼马 、食品化学 ．轻工业出版社t1991：2O 8 李里特．水的功能和利用．食品工业科技，1998(1)：71 圳㈨ Ⅵ¨ 眦¨ 维普资讯 http://www.cqvip.com