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 维普资讯 http://www.cqvip.com 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 表 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 l 李 里特，食品 特 性 荦 ．中四 农 业 出版 社 ，l 998，2：155～ l6O． 2 方 肚 等．食 品 科 荦 ，l999(3)： 26～ 28． 3 方 肚 ．矗压 静 电扬 下 番 茄 贮 藏 时研 宄．博士话 文 ，l997≈2～7． 4 先 盱 幸 男．童 品 工生 ，l991-- ll，30、 5 Gustavo V． Barbosa — Ga~ovas． Usha R． Pothakamury， Enzlque Po1au，l~arry G．Swanson． Nonthermal Preservation of foods． Marcel Dekker，INC，1998、 6 Yuohofig Chen，Nayana N、ba~hakur，Neville P、Am old、E1~tro|】yaro— dynamic (EHD)drying of potato slabs、J、Food Engngt1994(23)：107 ～ lO9、 督 整 维普资讯 http://www.cqvip.com