加压冷冻法降低猪肉干耗的热质传输机理研究

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近年来,我国畜牧业取得了长足发展,经济的发展不仅促进了农牧民收入的持续增长,也伴随着生态环境压力的持续提升。伴随南猪北养政策的实施,以及人们对猪肉需求量逐年增长,国内进口猪肉虽能填补猪肉供给端的缺口,但远不能解决猪肉供应量乏力的困难,我国每年因干耗对企业和国家造成很大的经济损失,从而产生了越来越多降低干耗的方法。本文采用加压冷冻降低干耗的方式,通过对猪肉冻结过程进行传热传质理论分析,对比冻结方式,环境气体等变量,测量猪肉冻结温度变化和干耗率。由于猪肉冷冻过程伴随有传热传质和相变的发生,本文对猪肉的热质传输机理进行研究,在此基础上对猪肉冻结进行简化假设,建立了猪肉传热传质和冰水相变的物理模型和数学模型,采用有限差分法将方程进行离散化处理,并将数学模型进行编程求解,模拟出冻结猪肉的温度梯度,形成动态图,本文截取几个时间点进行分析;以一次冻结为研究对象,将相变数学模型与传热传质方程离散,得到一次冻结过程实验和模拟温度曲线对比,求解得到实验干耗和模拟干耗,最后求解结果与实验基本相符。产生误差原因主要是模型建立进行假设以及环境温度变化和非人为因素影响。在实验前,检查实验仪器密封性和保温性,设定冷冻温度上下限,添加温度巡检仪探头,实验前对软件和仪器进行测试和校准。本文以猪肉带皮五花肉和瘦肉为研究对象,在常压、0.131MPa、0.161MPa三种压力下测量猪肉的中心温度和冻结前后质量。第一组实验对刚宰杀的猪肉进行一次冻结和二次冻结,第二组实验对学校对面超市购买的猪肉进行氮气加压实验与空气加压实验进行对比,实验共三种压力,四种冻结方式,共12组。计算和实验结果表明:(1)猪肉冻结过程,组织细胞中的冰晶逐渐从外层向内层扩散,细胞内产生少量冰晶;加压冻结导致冷却时间变快,冷冻时间缩短,食品干耗的减少。(2)直接冻结工艺由于猪肉表面迅速换热产生冰衣,随着冰层逐渐形成,其导热系数将增大2~3倍,加快了猪肉内部的热量扩散速度,一次冻结的常压时干耗率约在0.95%左右,二次冻结的常压时干耗率约在1.4%左右,由此可见两阶段冻结工艺干耗率较直接冻结干耗率高,且冻结时间远远高于直接冻结。(3)氮气冻结实验与空气冻结实验中,随压力的升高,环境气体的变化,温度变化趋势和干耗率都受到一定程度的影响,且瘦肉干耗量在2.32%~0.93%,带皮五花肉的干耗量在1.77%~0.74%,瘦肉比五花肉的干耗更大。
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