射频加热对花椒粉热分布及EVOH/PA薄膜包装件的影响

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花椒粉属于低水分活度物料,是人们日常生活中重要的调味品。近年来由于低水分活度产品所引发的不安全事件不断增加,因此针对此类产品寻找一种可靠的杀菌技术显得尤为重要。射频是一种新型的杀菌技术,具有加热效果好、速度快等优点,可以作为花椒粉杀菌的有效途径之一。目前,虽然有学者针对物料进行射频杀菌,但是为了避免杀菌后再包装所产生的二次污染,本文针对EVOH/PA薄膜包装后的花椒粉进行杀菌,研究了射频场下花椒粉的最佳工艺参数,并且针对EVOH/PA薄膜的性能指标进行测定,研究了射频场对包装薄膜性能的影响。同时,为了改善花椒粉的加热效果,本文对花椒粉热物理特性进行测量,建立了花椒粉射频加热模型并进行验证,通过改变样本条件及外部包装介质,研究了花椒粉的加热均匀性,为花椒粉选择了最佳的工艺参数。主要研究成果如下:(1)改变设备的极板间距(25 mm~40 mm)、花椒粉的含水率(9.2%、11.4%、13.1%、15.3%),研究在相同时间下,两种因素对花椒粉升温速率的影响。结果表明,随着极板间距的增加,花椒粉的升温速率降低;随着含水率的增加,花椒粉的升温速率升高。研究了不同温度下,花椒粉内部的菌落情况以及射频对EVOH/PA薄膜性能的影响;针对最佳杀菌温度下的包装件进行储存试验,研究了储存后花椒粉内部的菌落总数。结果表明,花椒粉最佳杀菌温度为80℃,且储存后菌落总数并未出现较大变化。射频对薄膜的力学性能、阻隔性能、微观表面、结晶度均未产生显著影响。(2)选取七种温度(25℃~80℃)、三种含水率(9.1%,11.4%,13.1%)的花椒粉,进行热物理特性测量,并建立回归方程。结果表明,随着物料含水率与温度的升高,花椒粉的导热系数与比热容升高。当花椒粉的含水率和温度发生变化时,介电常数与介电损耗的大小也会被影响。推导了射频加热的理论方程,从而建立了COMSOL模型并进行验证,结果表明,花椒粉在加热中由于电场偏转,使得边角与中心部位出现较大温差,造成花椒粉的加热不均匀现象。(3)改变样本含水率(5%,10%,15%,20%)、样本大小(长度为150 mm~750mm,宽度为90 mm~450 mm、厚度为20 mm~60 mm),通过模拟研究得知随着含水率的升高,加热均匀性降低;当物料表面积为上极板面积的37%左右时,加热均匀性最差。改变物料加热的水平位置及垂直位置,改变设备极板间距(80 mm、100 mm、120mm),经过模拟试验得知在相同位置下,增大极板间距有利于提高花椒粉射频加热均匀性;最优的加热位置为平行极板之间的中心位置。通过模拟试验研究四种厚度(1 mm、2 mm、3 mm、4 mm)下的三种外部包装介质聚醚酰亚胺(PEI)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)对加热均匀性的影响,研究圆角半径对加热均匀性的影响,结果表明,当选择厚度为2 mm的聚酰胺(PA)时,加热均匀性最好,且随着外部包装介质圆角半径的增加,加热均匀性提高。
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