液態(tài)食品冷凍濃縮冰晶生長(zhǎng)機(jī)制研究.pdf

1、冷凍濃縮產(chǎn)生的冰晶夾帶率比較高，且難以分離，從而限制了它的推廣與使用。長(zhǎng)期以來(lái)，為解決冰晶夾帶問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者大多把目光停留在單位冰晶體積的層面上，主要憑經(jīng)驗(yàn)或以實(shí)測(cè)資料為依據(jù)來(lái)控制冰晶的生長(zhǎng)過(guò)程。本文從冷凍濃縮冰晶夾帶率影響因素入手，先從宏觀上分析冰晶生長(zhǎng)的機(jī)制，再借鑒國(guó)內(nèi)外金屬微觀結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域非常熱門的相場(chǎng)模型，微觀上探索冰晶組織的形成規(guī)律和控制方法，較為系統(tǒng)地展開(kāi)對(duì)冷凍濃縮的研究。具體的研究工作和主要結(jié)論如下： 1．以荔枝

2、汁為原料，討論分析冰晶純度影響因素。主要探討冷凍溫度、冷凍時(shí)間、冰晶形態(tài)、溶液粘度、冰晶分離工藝等方面對(duì)冰晶夾帶率的影響。選擇初始冷凍溫度、把握冷凍時(shí)間、控制冰晶形態(tài)和采取合適的冰晶分離工藝，從而一定程度上降低冰晶的夾帶率。 2．通過(guò)對(duì)冷凍時(shí)間與濃縮液、冰晶中可溶性固形物含量的關(guān)系以及冷凍時(shí)間與濃縮液和冰晶質(zhì)量關(guān)系進(jìn)行研究，并根據(jù)Fick擴(kuò)散方程式建立冰晶增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型號(hào)，模型顯示冰晶增長(zhǎng)速率與冰晶質(zhì)量成正比，同時(shí)也受到最大冰晶

3、量的抑制。通過(guò)該模型，從宏觀方面分析冰晶質(zhì)量增長(zhǎng)和熱量傳遞之間的平衡，為建立冰晶增長(zhǎng)的質(zhì)量、熱量傳遞之間的平衡提供了一定的理論依據(jù)和試驗(yàn)參考，從而把握較為合理的冰晶生長(zhǎng)時(shí)間。 3．冰晶是典型的凝固組織，因其非平衡組織結(jié)構(gòu)涉及到熱量、質(zhì)量和動(dòng)量傳輸以及界面動(dòng)力學(xué)和毛細(xì)作用效應(yīng)相耦合的自由邊界問(wèn)題。相場(chǎng)模型將組織轉(zhuǎn)變過(guò)程界面演化的尖銳界面問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)閺浬⒔缑婺Ｐ?，故引入相?chǎng)模型，用于模擬冷凍濃縮冰晶生長(zhǎng)過(guò)程中微觀組織的演化過(guò)程。探討了

4、相場(chǎng)模型建立的基本原理、其數(shù)值求解的離散處理、穩(wěn)定性條件、初始條件和邊界條件。 4．利用相場(chǎng)模型對(duì)過(guò)冷純水的冰晶生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬不同過(guò)冷時(shí)間、不同過(guò)冷度下的冰晶形貌的演化過(guò)程，并解釋了Ostwald效應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。同時(shí)與實(shí)際拍攝的冰晶進(jìn)行比較，進(jìn)一步證實(shí)相場(chǎng)法從微觀上模擬冰晶生長(zhǎng)的可行性。 5．利用相場(chǎng)模型對(duì)液態(tài)食品冷凍濃縮過(guò)程的冰晶生長(zhǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。把液態(tài)簡(jiǎn)化為糖水二元物質(zhì)，在近似等溫的條件下耦合相場(chǎng)和溶質(zhì)場(chǎng)