在計算熱處理的效果時必需知道兩方面的信息,一是微生物等食品成分的耐熱性參數(shù),另一是食品在熱處理中的溫度變化過程。
(一)罐頭容器內(nèi)食品的傳熱
影響容器內(nèi)食品傳熱的因素包括:表面?zhèn)鳠嵯禂?shù);食品和容器的物理性質(zhì);加熱介質(zhì)(蒸汽)的溫度和食品初始溫度之間的溫度差;容器的大小。
??要能準確地評價罐頭食品在熱處理中的受熱程度,必須找出能代表罐頭容器內(nèi)食品溫度變化的溫度點,通常人們選罐內(nèi)溫度變化最慢的冷點(Cold point)溫度,加熱時該點的溫度最低(此時又稱最低加熱溫度點,Slowest heating point),冷卻時該點的溫度最高。熱處理時,若處于冷點的食品達到熱處理的要求,則罐內(nèi)其它各處的食品也肯定達到或超過要求的熱處理程度。
?? 傳導型、對流型、混合型傳熱時罐頭的冷點位置
罐頭冷點的位置與罐內(nèi)食品的傳熱情況有關(guān)。
1、傳導傳熱方式的罐頭:
??由于傳熱的過程是從罐壁傳向罐頭的中心處,罐頭的冷點在罐內(nèi)的幾何中心。
2、對流傳熱的罐頭:
??由于罐內(nèi)食品發(fā)生對流,熱的食品上升,冷的食品下降,罐頭的冷點將向下移,通常在罐內(nèi)的中心軸上罐頭幾何中心之下的某一位置。
3、傳導和對流混合傳熱的罐頭:
??其冷點在上述兩者之間。
(二)評價熱穿透的數(shù)據(jù)
測定熱處理時傳熱的情況,應以冷點的溫度變化為依據(jù),通常測溫儀是用銅?康銅為熱電偶利用其兩點上出現(xiàn)溫度差時測定其電位差,再換算成溫度的原理。
在評價熱處理的效果(如采用一般法計算殺菌強度F值)時,需要應用熱穿透的有關(guān)數(shù)據(jù),這時應首先畫出罐頭內(nèi)部的傳熱曲線,求出其有關(guān)的特性值。
傳熱曲線
傳熱曲線是將測得罐內(nèi)冷點溫度(Tp)隨時間的變化畫在半對數(shù)坐標上所得的曲線。作圖時以冷點溫度與殺菌鍋內(nèi)加熱溫度(Th)或冷卻溫度(Tc)之差(Th-Tp或Tp-Tc )的對數(shù)值為縱坐標,以時間為橫坐標,得到相應的加熱曲線或冷卻曲線。為了避免在坐標軸上用溫差表示,可將用于標出傳熱曲線的坐標紙上下倒轉(zhuǎn)180度,縱坐標標出相應的冷點溫度值(Tp )。
??以加熱曲線為例,縱坐標的起點為Th-Tp =1(理論上認為在加熱結(jié)束時,Tp 可能非常接近Th,但Th-Tp ≠0),相應的Tp 值為Th-1,即縱坐標上最高線標出的溫度應比殺菌溫度低一度(℃),第一個對數(shù)周期坐標的坐標值間隔為1℃,第二個對數(shù)周期坐標的坐標值間隔為10℃,這樣依次標出其余的溫度值。
??典型的加熱曲線和冷卻曲線如圖所示。
典型的簡單型加熱曲線 典型的轉(zhuǎn)折型加熱曲線 典型的冷卻曲線
特征參數(shù)
(1) 直線的斜率
??我們將傳熱曲線的直線穿過一個對數(shù)周期所需的時間(以分鐘min計)定義為f值,對簡單型加熱曲線標記為fh,對轉(zhuǎn)折型加熱曲線轉(zhuǎn)折點前的部分仍記為fh,轉(zhuǎn)折點后的部分記為f2,對于冷卻曲線則記為fc。可以看出,f值愈小,傳熱的速率愈快。
??直線的斜率與f值的關(guān)系為:
????(1-4-1)
(2) 直線的截距
??作法是將傳熱曲線的直線部分向起點方向延長,使其與縱坐標相交,即傳熱時間為零時的冷點溫度,為了便于區(qū)分,我們將傳熱曲線的真實初始溫度記為IT,而將上述直線的截距點記為假初始溫度I?T?。
??直線的方程式可寫為:
(1-4-2)
盡管式1-4-2可以完整地描述傳熱曲線的線性部分,但它不能確定產(chǎn)品何時開始對數(shù)加熱期,也就是說它無法顯示滯后時間。我們引入滯后因子jh來解決這一問題:
????????(1-4-3)
記I=Th-Ti ,
則 ??????????(1-4-4)
代入式(1-4-2): ?(1-4-5)