气流微波膨化设备的研究(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)陕西科技大学机电工程学院 作者:刘超

2.1、气流微波膨化设备原理与工艺

  膨化系统主要由膨化罐和一个比膨化罐大5~10倍的真空罐组成。将已预处理过的果蔬,含水量在10%~30%(根据特定果蔬的要求),通过左封头置入膨化罐内,通过氮气发生器、微波发生器、加热电阻丝共同作用,使罐内压力升至40~480kPa,物料温度升至95℃~130℃,旋转筒体不停翻转保证物料受热均匀(滚筒倾角应不大于10°,并保持在较低的旋转速度以防止物料碎裂),其后连接易于抽真空的真空罐,突然释放压力,物料内水分发生闪蒸,使细胞发生扩张,形成均匀蜂窝状结构。关闭加热电阻和微波装置,打开液氮冷却装置对物料进行快速冷却定型,调整真空泵使罐内压力保持恒定,防止压力升高致使物料回软,当物料完全定型后停止冷却,由左封头取出产品进行包装。

  与高压气流膨化设备独立作用相比,此装置引入了快速加热和快速冷却装置,即微波发生器和液氮冷却装置,大为缩短工作时间,节省能耗,并可以减轻褐变反应的程度。以苹果片膨化为例,气流微膨化的加热时间与保温定型时间约为2~3h,采用气流微波膨化技术后整个干燥过程在数分钟之内就可以完成,冷却过程也由原来的数小时缩短至几分钟,能耗可以节约30%以上,由于干燥时间的缩短苹果片膨化后有更浓郁的香味, 维生素C的含量也提高15%以上,而且产品截面空隙率增大,膨化效果更明显。与此同时,随着加热时间的缩短和非冷凝性气体N2充入,果片的褐变反应得到有效控制。与微波单独作用相比,果片的膨化度有提高,物料在不规则运动下受热更均匀,焦化程度有很大减少,同时在高压气体作用下使得水分被固定在物料内,有利于瞬时膨化,膨化效果相对更明显。

气流微波膨化设备

1.支臂 2.窥镜 3.轴套 4.左封头 5.温度表 6.勾挡 7.橡皮密封圈 8.软性铁氧体环 9.膨化罐 10、11、12、26、27.微波耦合口 13.压力表 14.旋转筒体 15.膨化腔 16.右封头 17.球阀 18.真空表 19.真空截止阀 20.真空泵 21.真空罐 22.加热电阻丝 23.夹套24、29.电磁阀 25.液氮储罐 28.高压氮气发生器 30.座板

图1 气流微波膨化设备

2.2、气流微波膨化设备出现的问题及对策

2.2.1、膨化腔内微波场的均匀性

  微波是一种高频电磁波, 物料对微波的吸收程度在很大程度上决定了膨化结果。微波在膨化腔中的震荡模式有很多种, 如果腔内模式越多,电磁场结构就越多,分布也就越均匀,物料能得到的能量就更均匀。因此,谐振模式越多越好。在实际应用中,同功率下腔体尺寸越大,出现模式也就越多,微波分布越均匀, 但腔体过大也会影响微波的工作频率, 所以在合理的范围内应当适当增大腔体体积, 同时通过计算分析也要调整微波耦合口的数量及位置。

2.2.2、水蒸气的处理

  由于在加热过程中水蒸气容易在转鼓上冷凝,冷凝水又沾到物料上湿润物料,导致物料表面膨化能力改变。解决这一问题有以下两个办法:

  ①适当增大氮气压力,使水分的汽化温度升高,将水分保持在物料内部,同时调整加热温度和喷放方式, 以得到较高品质的膨化产品。

  ②采用水环真空泵,在膨化瞬间大量排出水蒸气防止其液化, 由于材料为不锈钢,水蒸气进入不会损坏泵体,适合工业设备使用。

2.2.3、膨化程度

  在膨化过程中有时会出现焦化或者未膨化现象,主要是由于物料中含水量的不同导致对微波吸收的不同,含水量相对较高的部分对微波吸收较好,但膨化效果不佳,主要由于含水量过高膨化后仍有大量水分未蒸发,导致食品易回软,含水量低的部分侧容易发生硬化甚至焦糊。因此在预处理时应做充分的均湿处理,保证各部分对微波的吸收率。同时也要保证物料定性,根据实验结果证实,当冷却时的真空度达到0.06MPa以下时, 物料不易发生回软。

  此外,膨化罐的设计制造,密封结构的改进,内部物料的喷放过程流态分析,温度场、压力场、微波场的分布及其相互作用时对膨化结果的影响仍需不断探索研究,为实际应用提供理论依据。

3、结束语

  气流微波膨化设备的研究的目的,是分析设计制造节能、高效、能实现高品质产品的膨化设备。对于目前膨化设备仍需在真空低温膨化与微波的组合使用方面进行研究,优化结构设计、提高传热传质效率,以便最大程度上降低生产成本,在市场中得以推广,有利于提高果蔬的利用率,有利于推进我国果蔬产品的产业化。

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