探究冻肉解冻速度与水温的关系

探究冻肉解冻速度与水温的关系1.研究背景在我们的日常生活中，许多事物看似非常简单，但却涉及了许多深刻的物理问题，需要运用物理学原理去解释。许多来自于日常生活的物理现象是在实验室难以得到的，但可以通过使用身边的物品来实现。将物理知识与生活实际相结合，用物理知识解释生活中的现象。从生活走向物理，从物理走向社会。肉品的保藏方法很多，如腌制、化学防腐剂、抗菌素、一定剂量的放射线照射、脱水干制、低温处理等。目前，应用最广泛、效果最好，最安全的是低温处理。从肉的温度处理状况来看，其工艺过程可分为冷却、冻结、冷藏、解冻4个环节，其中，解冻是冻结肉在食用前或深加工前必须的步骤，对于小型包装的肉品，家庭中常采用烹调或自然放置下融化等方式解冻，但当今的食品工业需要大量的冻结肉作为原料，为了保证食品工业稳定地获得高质量的原料，使质量好的冻结肉在解冻后仍然保持良好的品质，就必须选择适当的解冻方法。冷冻肉在冷藏过程中会发生一系列的变化，如冻结时形成冰晶在冷藏过程过中逐渐变大破坏细胞结构使蛋白质变性，造成解冻后汁液流失，风味和营养价值下降，同时在冷藏过程中还会造成一定程度的干耗。所以为尽量保持肉质鲜美，必须采用快速有效地解冻方法。肉的解冻过程实际上是冻结肉中形成的冰晶融解成水的过程。解冻肉的品质和解冻速度，解冻温度有关，实际生活中，解冻方法应根据具体条件选择既缩短时间又保证质量。生活中常用的解冻方法有以下几种。(1)空气解冻法空气解冻是我国当前解冻肉类产品时常见的方法。它通过控式空气的温湿度。流速和风向而达到不同的工艺要求。即将冷冻肉移放在解冻间，考空气介质与冻肉进行热交换来实现解冻的方法。一般要求空气温度为14-15℃，相对湿度为90%-98%，风速为1m/s左右。目前常用的解冻设备有连续式送风解冻器、加压空气解冻器，前者采用一定气流速度来融化肉，与静止空气相比，解冻时间短，效果好；后者利用压力升高，冰点降低原理解冻时间短，产品质量好。(2)水解冻由于水比空气传热性能好，因此水解冻具有解冻速度快的特点，而且避免重量损失，但存在解冻水中微生物污染冻结品和可溶性物质流失等问题，因此水解冻主要用于已包装肉制品。(3)电解冻电解冻主要包括低频电解冻、微波解冻和高压静电解冻。低频电解冻：低频电解冻是将解冻肉视为电阻，利用电流通过电阻时产的热使冰融化，所以电流是交流电源，频率为50HZ的低频。电阻型比空气型和水解冻的速度快2-3倍，设备费用较少、耗电少，运转费低，缺点是只能解冻表面平滑的块状冻结肉，肉块内部解冻不均匀，此外，在上下级板不完全贴紧时，只能贴紧部分才能通过电流，从而易产生过热冻品，有时还会出现住过的状态。所以将低频解冻与传统热空气或水解冻相结合处理解冻肉能较好克服这一问题。微波解冻：微波解冻是在交变电场作用下，利用物质本身的电性质来发热使冻结晶解冻。微波解冻应用于冻结肉的解冻工艺可分为调温和融化两种。调温一般是将解冻肉从较低温度调到正好略微处于水的冰点，即-4—2℃，此时肉尚且处于坚硬状，更易于切片或进行其它加工；融化是将冻肉进行微波快速解冻，原料只需放在输送带上，直接用微波照射。利用微波照射最大的优点是，速度快，效率高。同时能减少肉质损失，改善卫生条件，提高产品质量。此法适用于半片酮体或四分之一酮体的解冻。具有等边几何形状的肉块利用这种方法解冻效果更好。微波工艺为肉制品工业带来了极大的方便和经济效益。此外，微波解冻还可以防止由于传统方法在长时间解冻过程中造成的表层污染与败坏，提高了场地与设备的利用率，肉营养的物质的损失也降低到最小。所以微波解冻技术波及相当快。除了肉制品加工厂，微波解冻也逐渐普及到平常家庭。微波解冻也有缺点。如：因为微波解冻对水和冰的穿透和吸收有差别（微波在冰种的穿透深度比水大，但是水吸收微波的速度比冰快）因此，已融化的区域吸收的能量多，容易在已融化的区域造成过热效应。现代微波解冻工艺中常从冷酷中引出低于0℃的循环空气从冻肉表面吸收以免过热，但是这增加了工艺的难度，而且肉食品中蛋白质，脂肪的水分含量不同，吸收的热量也不相同。高压静电解冻：高压静电解冻时一种有开发应用前景的解冻新技术。原理是当压力上升到210Mpa时水的凝固点又伤上升，因此高压下水的未冻结区域是潜在的解冻区域。由于高压静电解冻时间短，对产品质量没有负影响，解冻过程中，压力大小和处理时间影响解冻速率和产品品质，而产品尺寸和起始温度并不影响解冻速率和产品品质，因此在最低有效温度下解冻大量肉质品时，采用高压静水解冻时最有效的方法。(4)蒸汽解冻将冻肉悬挂在解冻间，向室内童如蒸汽，当蒸汽凝结于肉表面时，则将解冻室的温度由4.5℃降低到1℃，并停止通入蒸汽，此方法最大的特点是不会长生过热，解冻时间短，因水蒸汽重量会增加，故干耗少，流失也少。一般约经过16h,即可使酮体的冻肉完全解冻。(5)真空解冻法定义：利用水在真空状态下的低沸点所形成的水蒸汽的热量使冻结的食品解冻的方法。真空解冻法的主要优点是解冻过程均匀和没有干耗。厚度0.09毫米、重量31千克的牛肉，利用真空解冻装置只需60分钟。综上所述，冻结肉的不同解冻方法各有利弊，在肉制品加工业中，要针对不同的解冻方法对象选择合适的解冻方法，同时还要考虑到产量，设备等多方面的因素。就生活中而言，水解冻是肉质制品是比较理想的实际的经济得到解冻方法。2.研究目的及意义解冻是使冻结物料融解恢复到冻结前的新鲜状态。由于冻结物料在自然环境中亦能融解，所以解冻问题往往容易被人们忽视。从保持解冻物料的新鲜程度不至变化太大的角度出发，尽可能地缩短解冻过程的时间将是非常重要的。冻肉解冻,内部的冰结晶融化成水。在它不能被肌肉全部吸收回到原来状态时,就有部分水分离出来成为流失液。单位重量食品流失液的多少是衡量解冻食品质量优劣的尺度之一。在流失液中包含着许多溶于水的成份。由于蛋白质、盐类、维生素等可溶于水的成份的流失,使解冻肉的营养成份和味道受到很大的影响。随着经济的发展生活质量水平的提高冰箱逐渐进入到人们的日常生活中，冷冻肉也频繁的进入我们的生活。因此，研究怎样更快更好的使冻肉解冻方法将有着非常重要的意义。3.研究方法从冰箱拿出来的肉冻起来是我们常见的一种生活现象，其中却蕴含了很多物理问题。研究这一生活现象时，我们可以根据所学的知识，大胆的去猜想、分析，提出合理的建议去实施实验。通过对比分析法，根据单一变量法则，做几组不同的实验，比较分析实验结果。结合我们所学到的热学中热传递的知识，得到最佳答案。4.研究过程研究冻肉解冻速度与水温的关系，首先要制定计划及主要任务，根据所学知识，分析课题的可行性及研究范围。制定一系列有序可行的计划，完美的完成任务，验证我们的想法。根据我们热学中学到的知识，对“冻肉解冻”这一生活现象进行分析，设计实验过程。对于冻肉的解冻速度，我们可以通过采用不同温度的水来解冻，看哪一个温度下的水最先把肉给完全解冻开。但是，做这个实验，要想得到较准备的结果，必须保证肉的质量相同、冷冻时间相同，甚至是放入的冷冻室都相同，这样可以减少实验误差。此外，还要保证不同温度下，用水的体积相同；解冻时，盛水的容器也要相同，不同的容器传热效果是不同的。实验过程中，仅仅改变水温，其他实验条件都相同，这样得到的实验结果才更准确，才具有对比性，这也是我们常用到的单一变量法则。鉴于以上分析，我们设计的实验如下：称取5块相同质量的肉，同时放入冰箱的冷冻室，放到相同的冷冻室内。与此同时，准备5个不同温度的水，即5℃、20℃、40℃、60℃、80℃，并准备5个体积适当的容器，可选用保温饭盒（其它的隔热效果好的也行）。冷冻一定的时间后，同时取出5块冻肉。在5个容器中，分别放入等量的不同温度的水，然后同时放入水中，并开始计时，观察哪个温度下的先完全解冻。记录结果并进行分析、讨论。实验设计好后，大家可以合作，一起完成这个实验。实验能否顺利进行，必须做好准备工作。每个人负责一部分，比如准备冻肉、准备不同温度的水等等。然后大家一起做实验，并记录实验结果。根据实验结果，整理数据，查阅相关资料，结合所学的知识，小组成员相互交流，分析原因，得出最佳结果，提出合理的建议。研究流程图：5.研究内容探究冻肉解冻速度与水温的关系，控制单一变量，即选用不同温度的水来解冻。将几块相同质量的肉放进冰箱中，放入相同的冷冻室，冷冻相同的时间。相对应的，选用相同容量、不同温度的水来解冻，并同时用秒表记录时间，记下几块冻肉完全解冻的时间。根据实验结果，对比分析，选出时间最短的即为解冻速度最快的。6.活动安排第一天，做实验准备工作。大家分工合作，提前准备好肉、实验所需要的温度计、秒表等。第二天，把相同质量的肉放入冰箱冷冻室，为后续实验做好准备。（注意：要同时放，并且放入相同的冷冻室）第三天，进行实验。同样需要大家合作，同时进行5个不同水温解冻的实验，一来可以提高实验效率，节约时间；二来可以减少一些误差，比如说空气温度、湿度等。汇总实验结果，大家互相交流，分析结果，提出合理建议。7.分工安排三个人负责买5块相同质量的肉，并放入冰箱冷冻室中，准备好冻肉；三个人准备5个相同体积的保温饭盒（使用保温饭盒，减少实验过程中的误差），也可用其他隔热效果好的容器，并准备5个秒表、5个100℃的温度计；做实验时，5个不同水温的实验同时进行，每个人负责一个温度，剩下的一个人负责记录5组实验的结果。实验结束后，大家汇总实验结果，对比分析，选出冻肉完全解冻速度最快的。8.主体内容根据实验设计，采用对比分析法，开始进行实验。首先是准备工作。大家分工买材料。买肉，可以到超市买。称取5块相同质量的肉，半斤即可（其他重量的也行，不宜过大）。用到的保温盒在超市也可以买到，买相同容量的。秒表、温度计超市如果买不到，可以到杂货店等地方买，各买5个。接着，就要把准备好的肉放到冰箱的冷冻室中，同时放进去，为下面的实验做好准备。然后，就可以进行不同水温解冻的实验了。5个人，一个人负责一个温度解冻的实验，另外一个人负责记录实验结果。准备相同体积的水，分别烧到所需要的温度5℃、20℃、40℃、60℃、80℃。把冻好的肉放入保温饭盒中，加入等量的水。加入水的同时，按下秒表计时，观察冻肉的解冻情况。等到完全解冻时，再次按下秒表，看用了多少时间，报告给记录人员。记录人员把每个温度下解冻的时间都记录下来，汇总在一起。表不同水温下的解冻时间水温5℃20℃40℃60℃80℃解冻时间最后，大家根据实验结果，进行讨论、分析。根据所学的知识，解释实验过程中出现的现象，对比分析，得出冻肉解冻速度与水温的关系。9.结论及建议根据实验结果可知，用接近5℃的水最好。因为冻肉温度是在0℃以下，若放在热水里解冻，冻肉从热水中吸收热量，其外层迅速解冻而使温度很快升到0℃以上，此的肉层之间便有了空隙，而空气则是热的不良导体，其传递热的本领也就下降，使内部的冻肉不易再吸热解冻而形成硬核。1g水结成冰可放出80卡热量（而1g水降低1℃只放出1卡热量），放出的如此之多的热量被冻肉吸收后，使肉外层的温度较快升高，而内层又容易吸收热量，这样，整块肉的温度也就较快升到0℃。如此反复几次，冻肉就可解冻。在日常生活中，从冰箱里取出的冻肉、冻鸡，采用5℃左右的冷水较好，这样的温度和0℃以下的冻肉温度相差相对较小。从营养角度分析，解冻时均匀缓慢升温的方法也是科学的。解冻介质（水）的数量要充足，并充分流动。而冻肉尽量分割成小的单位，使形状尽量薄，以增大与解冻介质的接触面积。此外，要注意解冻终了的温度，通常是看解冻后肉类的用途而定，但一般是解冻至半解冻状态为好。不论解冻到什么样的程度，解冻结束之后立即放在0℃左右的温度下冷藏。10.反思和体会通过这次冻肉解冻的实验，以及查阅相关资料，我们学到了很多知识。这些知识来源于生活。通过对日常生活中的一些现象进行分析研究，我们能够更好的将课本上学到的知识运用到实际生活中。那些有趣的物理现象，引发了我们自主学习的兴趣，激发了我们的求知欲。充分利用身边的物品做实验，不但获取新知识，还提高了我们的动手能力，培养我们发现问题、解决问题的能力。