食品的冷卻和冷藏

第五章食品的冷卻和冷藏§5-1

食品冷卻中的傳熱方式§5-2

Bi<0.1時(shí)的冷卻問題§5-3

大平板狀、長(zhǎng)圓柱狀和球狀食品的冷卻過程§5-4

短方柱和短圓柱狀食品的冷卻§5-5

冷卻食品的冷藏工藝§5-1食品冷卻中的傳熱方式

在冷卻過程中，傳熱方式與食品種類、形狀和所用冷卻介質(zhì)等有關(guān)。導(dǎo)熱主要發(fā)生在食品的內(nèi)部、包裝材料以及用固體材料作為冷卻介質(zhì)的冷加工中；對(duì)流主要發(fā)生在以氣體或液體作為冷卻介質(zhì)的冷加工和冷藏中；輻射主要發(fā)生在僅有自然對(duì)流或流速較小的冷加工和冷藏中。一、基本傳熱方式：

1導(dǎo)熱：食品內(nèi)部的導(dǎo)熱問題

食品冷卻時(shí)，其表面溫度首先下降，并在表面與中心部位間形成了溫度梯度，在此梯度的作用下，食品中的熱量逐漸從其內(nèi)部以導(dǎo)熱的方式傳向表面。當(dāng)食品的平均溫度達(dá)到冷藏入庫(kù)規(guī)定的溫度時(shí)，冷卻過程結(jié)束。

食品外部包裝材料的導(dǎo)熱問題2對(duì)流：采用氣體或液體作為冷卻介質(zhì)時(shí)，食品表面的熱量主要由對(duì)流換熱方式帶走

Q=AT3輻射在空氣自然對(duì)流環(huán)境下，用冷卻排管冷卻食品時(shí)，冷卻排管與食品表面間的輻射換熱是不能忽略的。式中食品與冷卻排管或冷卻板間的輻射熱流量，單位為W；

系統(tǒng)黑度，與兩個(gè)輻射表面黑度及形狀因數(shù)有關(guān)；

食品表面面積，單位為m2；

食品表面對(duì)冷卻排管表面的形狀因數(shù)，與輻射換熱物體的形狀、尺寸以及食品與冷卻排管間的相對(duì)位置有關(guān)；

黑體輻射常數(shù)，取5.669×10-8W/(m2·K4)；

、分別為食品表面和冷卻排管表面溫度，單位為K。二、食品冷卻計(jì)算中常用的兩個(gè)準(zhǔn)則數(shù)：畢渥數(shù)：當(dāng)食品表面突然受到冷卻時(shí)，食品內(nèi)部的溫度變化取決于兩方面的因素：一個(gè)是食品表面與周圍環(huán)境的換熱條件；另一個(gè)是食品內(nèi)部的導(dǎo)熱條件。如果換熱條件越強(qiáng)烈，則熱量進(jìn)入食品表面越迅速；如果食品內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻越小，則為傳遞一定的熱量所需的溫度梯度也越小。食品冷卻中，哪一個(gè)因素對(duì)換熱影響更大，則用畢渥數(shù)衡量

傅里葉數(shù)：食品表面發(fā)生溫度變化，這個(gè)變化傳到食品內(nèi)部的快慢，用傅里葉數(shù)判斷

1畢渥數(shù)(Biotmodulus)

：

對(duì)流換熱系數(shù)，/W/(m2·K)；

食品內(nèi)部熱導(dǎo)率，/W/(m·K)；L---食品的特征尺寸(characteristicdimension)，/m。大平板：L=/2;長(zhǎng)圓柱或球狀：L=R固體內(nèi)部單位導(dǎo)熱面積上的導(dǎo)熱熱阻與單位表面積上的對(duì)流換熱熱阻之比

,用于固體與流體之間的換熱當(dāng)畢渥數(shù)<0.1時(shí)，L/λ—0，食品內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻可以忽略，食品內(nèi)的溫度分布與空間坐標(biāo)無關(guān)，只是時(shí)間的函數(shù)，小顆粒食品

Bi<0.1(Bi0),T=f(t)，集總參數(shù)法當(dāng)>40時(shí)，1/α—0，表面對(duì)流換熱熱阻可以忽略，這時(shí)可用冷卻介質(zhì)溫度代替食品表面溫度；

Bi>40(Bi),Ts=T當(dāng)0.1<<40時(shí)，內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與表面對(duì)流換熱熱阻均需考慮，食品內(nèi)的溫度分布是空間坐標(biāo)和時(shí)間變量的函數(shù)，即。

0.1<Bi<40,T=f(x,y,z,t)圖5-1大平板狀食品在不同畢渥數(shù)時(shí)的溫度分布2傅里葉數(shù)(Fouriermodulus)：

Fo=at/L2a=

/c物理意義兩個(gè)時(shí)間間隔相除,所得的無量綱時(shí)間。分子t是從邊界上開始發(fā)生擾動(dòng)的時(shí)刻起到所計(jì)算的時(shí)刻為止的時(shí)間間隔；而分母可以視為使熱擾動(dòng)擴(kuò)散到L2的面積上所需的時(shí)間，用于非穩(wěn)態(tài)傳熱分析。表面溫度變動(dòng)在物體內(nèi)部經(jīng)時(shí)間t后的傳播深度/總長(zhǎng)度傅里葉數(shù)越大，說明熱擾動(dòng)就越深入地傳播到物體內(nèi)部，因而物體內(nèi)部各點(diǎn)的溫度越接近于周圍介質(zhì)的溫度。它反映導(dǎo)熱速率與固體中熱能儲(chǔ)備速率之比對(duì)流換熱系數(shù)與冷卻介質(zhì)種類、流動(dòng)狀態(tài)、食品表面狀況等許多因素有關(guān)表5-1幾種冷卻方式下的對(duì)流換熱系數(shù)冷卻方式／[W/(m2·K)]空氣自然對(duì)流或微弱通風(fēng)的庫(kù)房3~10空氣流速小于1.0(m/s)17~23空氣流速大于1.0(m/s)29~34水自然對(duì)流10~250水強(qiáng)制對(duì)流500~10000液氮噴淋1000~2000液氮浸漬5000§5-2Bi<0.1時(shí)的冷卻問題

當(dāng)很大，L很小或很小時(shí)，Bi0,T=f(t),可用集總參數(shù)法求解

設(shè)食品具有均勻的初始溫度，則在任意時(shí)刻食品內(nèi)的溫度為：

下標(biāo)v表示畢渥數(shù)和傅里葉數(shù)中的特征尺寸為V/A。ATVT0§5-3大平板、長(zhǎng)圓柱、球狀食品的冷卻問題1）導(dǎo)熱方程邊界條件初始條件t=0解（近似）：T0/2一、大平板求解：2）Bi>40第三類邊界條件轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝活愡吔鐥l件，即x=/2時(shí)，冷卻時(shí)間的計(jì)算a用食品平均溫度為衡量指標(biāo)b用食品中心溫度為衡量指標(biāo):只要令

(5-18)中x=0簡(jiǎn)化后二、長(zhǎng)圓柱狀：

r=Rt=0

第一類零階貝塞爾函數(shù)

004.01.908120.02.28800.010.14125.01.989830.02.32610.10.44176.02.049040.02.34550.50.94087.02.093750.02.35721.01.25588.02.128660.02.36511.51.45699.02.156680.02.37502.01.599410.02.1795100.02.38093.01.788715.02.25092.4048BiμBiμBiμβ＝μ/R用x的偶次冪的無窮和來定義，數(shù)

n稱為貝塞爾函數(shù)的階,可查閱數(shù)學(xué)手冊(cè)“第一類貝塞爾函數(shù)表”。冷卻時(shí)間a平均溫度b中心溫度r=0三、球狀－1.000.51.83663.02.4557－0.51.16560.61.87984.02.5704－0.11.50440.71.92035.02.653701.57080.81.958610.02.8628

Bi*

u

Bi*u

Bi*u0.11.63200.91.994730.03.04060.21.68871.02.028860.03.09010.31.74141.52.1746100.03.11050.41.79062.02.28893.1416β＝μ/R冷卻時(shí)間a平均溫度b中心溫度r=0圖解法根據(jù)解析式,繪制成無量綱的圖表

圖5-7--f

f時(shí)間因子(timefactor)；j滯后因子(lagfactor)。

圖5-8--j§5-4短方柱、短圓柱狀食品的冷卻大平板、長(zhǎng)圓柱、球狀通式：幾何學(xué)，短方柱、短圓柱可分別看作三個(gè)大平板、長(zhǎng)圓柱和大平板相交；傳熱學(xué)，短方柱、短圓柱食品的溫度分布可分別看作三個(gè)大平板、長(zhǎng)圓柱和大平板溫度分布乘積。

短方柱、短圓柱短圓柱:短方柱:食品的幾何形狀對(duì)溫度變化特性的影響1.Bi<0.1如圖5-92.Bi>40如圖5-10

圖5-7非穩(wěn)態(tài)換熱畢渥數(shù)與時(shí)間因子f的關(guān)系圖5-8非穩(wěn)態(tài)換熱畢渥數(shù)與滯后因子j的關(guān)系圖5-9用集總參數(shù)法分析時(shí)過余溫度的變化曲線時(shí)間常數(shù)t越小，內(nèi)部溫度越趨于一致

V/A越大，冷卻時(shí)間越長(zhǎng)例：對(duì)厚度為2R、半徑為R的長(zhǎng)圓柱和球，V/A分別為R,R/2,R/3，則球<長(zhǎng)圓柱<大平板BivFov圖5-10可忽略表面對(duì)流熱阻時(shí)食品中心溫度的變化曲線1－大平板

2－正方形截面的長(zhǎng)柱體3－長(zhǎng)圓柱4－立方體5－長(zhǎng)度等于直徑的柱體6－球§5-5冷卻食品的冷藏工藝一、冷卻冷藏時(shí)食品的變化冷藏時(shí)食品的變化隨食品種類、特性、有無包裝、冷卻方法、冷卻溫度而不同。1物理變化：水分蒸發(fā)色澤變化冷害串味2生化變化：肉類的成熟寒冷收縮脂肪氧化維生素?fù)p失淀粉老化3微生物引起的變化二、食品冷藏工藝1肉類：屠宰后的四個(gè)變化

死后僵直；軟化成熟；自溶；酸敗冷卻工藝?yán)洳毓に嚴(yán)洳貢r(shí)的變化：

干耗；軟化成熟；寒冷收縮；變色、變質(zhì)2魚類：四個(gè)階段：（粘液分泌）僵直、成熟、自溶、酸敗冷卻方法：冰、冷海水、微凍保鮮（-3oC左右的冷卻介質(zhì)中，冷藏期比在0oC時(shí)延長(zhǎng)1.5-2倍)3乳：成分：水、蛋白質(zhì)、脂肪、乳無機(jī)鹽類、磷脂、維生素、酶、色素、氣體、其他微量元素。冷卻：冷水；垂膜式冷藏：4蛋類冷卻：開始溫差為2-3oC，隨后，每隔1-2h，冷卻介質(zhì)降低1oC，經(jīng)過24h，蛋體溫度達(dá)