1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23二、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。4三、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。5四、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。678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。9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。实例一:菠菜干燥实例二、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10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。1112(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。132、豌豆的灭酶处理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146、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。