气流微波膨化设备的研究(2)

2009-11-25 刘超陕西科技大学机电工程学院

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。