基于高压脉冲电场预处理果蔬黏弹性动力学性质及介电特性研究

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高压脉冲电场预处理技术作用果蔬可提高果蔬细胞膜通透性,与真空冷冻干燥技术相结合,提高冻干速率,降低能耗效果显著,同时高压脉冲电场技术是一种食品非热处理杀菌技术,能最大限度的保存食品的原有性状,因此被广泛运用于液体食品杀菌领域。本文进行了高压脉冲电场预处理果蔬黏弹性动力学性质、介电特性研究,以及高压脉冲电场预处理液态状果蔬物料流变特性研究,为寻求高压脉冲电场预处理果蔬的最佳工作参数,了解高压脉冲电场预处理果蔬作用机理,为设计果蔬加工、包装、运输等装备提供设计参数,以及在优化工艺参数,控制加工过程等方面提供试验及理论支持。研究内容主要包括:(1)高压脉冲电场预处理对果蔬压缩力学性质的影响研究。以苹果、梨、马铃薯、白萝卜为研究对象,试验研究了果蔬的压缩最大载荷、强度极限、屈服强度、弹性模量等压缩力学参数,通过电子显微镜观察果蔬压缩过程细胞变位,确定果蔬压缩生物屈服点,采用三因子中心组合正交响应面法研究了高压脉冲电场预处理参数(脉冲强度、脉冲宽度、脉冲个数)对果蔬生物压缩生物屈服强度的响应,并获得了果蔬的生物屈服强度与高压脉冲电场预处理参数之间的数学模型,模型P值为0.0001,决定系数为0.8799,通过模型响应面回归分析,响应面岭脊分析,确定了高压脉冲电场预处理最佳参数为脉冲强度1282V/cm,脉冲时间194μts,脉冲个数59个。(2)高压脉冲电场预处理对果蔬黏弹性性质的影响研究。通过对几种常见果蔬(苹果、梨、马铃薯、白萝卜)样本进行压缩蠕变、应力松弛性能试验研究,获得高压脉冲电场预处理果蔬的蠕变及应力松弛曲线,用Burgers模型、Maxwell模型分别对蠕变曲线、应力松弛曲线进行了拟合,拟合蠕变方程和应力松弛方程的拟合参数均大于0.97,得到了果蔬零时弹性模量、延时弹性模量、延时时间及黏滞系数等蠕变特性参数和衰变弹性模量、平衡弹性模量、应力松弛时间等应力松弛特性参数,高压脉冲电场预处理可增加蠕变延时时间,减小黏滞系数,松弛时间及黏性系数。研究高压脉冲电场预处理对果蔬压缩蠕变、应力松弛性质的影响,为果蔬加工、贮藏及运输过程中涉及到的蠕变、应力松弛现象提供数据参考。(3)高压脉冲电场作用参数对果蔬动态黏弹性性质的影响研究。采用热动态机械分析仪测试苹果、梨、马铃薯、白萝卜样本的储能模量、损耗模量、损耗正切等黏弹性参数,结合高压脉冲电场作用果蔬电镜扫描图像,分析研究了温度、应力扫描频率对高压脉冲电场预处理果蔬样本动态黏弹性参数的影响,果蔬样本的储能模量、损耗模量、损耗正切与扫描频率呈正相关,与温度呈负相关关系。为深入了解高压脉冲电场预处理果蔬实现冻干干燥低能耗加工工艺参数优化,解析干燥加工过程中温度对果蔬的影响提供了理论基础。(4)高压脉冲电场预处理对液态状果蔬物料流变性质的影响研究。测试了高压脉冲电场预处理果蔬汁的流变性能,包括稳态剪切黏度和动态剪切流变,用非牛顿流体幂律模型对剪切黏度曲线进行了拟合分析,拟合相关系数均大于0.87,流动特性指数n<1,液体果蔬属于假塑性流体。研究了高压脉冲电场预处理对果蔬汁流变性能参数的影响,及温度对果蔬汁流变性能的影响。结果可为果蔬汁类产品的加工技术、加工工艺研究、加工设备设计、质量检测、产品控制等提供参考。(5)高压脉冲电场预处理对果蔬介电特性的影响研究。运用同轴探头技术在测量频率500MHz~8.5GHz范围内,获取了果蔬介电特性(介电常数、介电损耗因子)曲线,看出高压脉冲电场预处理对果蔬介电特性有一定影响,随频率的增大果蔬介电常数逐渐降低,介电损耗因子先降低后升高。采用中心组合正交响应面法研究0.5、2.5、4.5、6.5、8.5GHz频率下高压脉冲电场预处理参数对果蔬介电特性的响应,通过比较模型P值、相关系数,获得果蔬的介电参数与高压脉冲电场预处理参数之间的最佳数学模型。(6)为寻求运用介电特性表达果蔬含水率的关系模型,测试了果蔬热风干燥过程中果蔬的介电特性及含水量,建立热风干燥过程果蔬的介电特性与干燥含水率的关系模型,模型相关系数达到0.87以上,模型可为运用果蔬介电特性测量干燥含水率的方法提供理论基础。
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