在计算热处理的效果时必需知道两方面的信息,一是微生物等食品成分的耐热性参数,另一是食品在热处理中的温度变化过程。
(一)罐头容器内食品的传热
影响容器内食品传热的因素包括:表面传热系数;食品和容器的物理性质;加热介质(蒸汽)的温度和食品初始温度之间的温度差;容器的大小。
??要能准确地评价罐头食品在热处理中的受热程度,必须找出能代表罐头容器内食品温度变化的温度点,通常人们选罐内温度变化最慢的冷点(Cold point)温度,加热时该点的温度最低(此时又称最低加热温度点,Slowest heating point),冷却时该点的温度最高。热处理时,若处于冷点的食品达到热处理的要求,则罐内其它各处的食品也肯定达到或超过要求的热处理程度。
?? 传导型、对流型、混合型传热时罐头的冷点位置
罐头冷点的位置与罐内食品的传热情况有关。
1、传导传热方式的罐头:
??由于传热的过程是从罐壁传向罐头的中心处,罐头的冷点在罐内的几何中心。
2、对流传热的罐头:
??由于罐内食品发生对流,热的食品上升,冷的食品下降,罐头的冷点将向下移,通常在罐内的中心轴上罐头几何中心之下的某一位置。
3、传导和对流混合传热的罐头:
??其冷点在上述两者之间。
(二)评价热穿透的数据
测定热处理时传热的情况,应以冷点的温度变化为依据,通常测温仪是用铜?康铜为热电偶利用其两点上出现温度差时测定其电位差,再换算成温度的原理。
在评价热处理的效果(如采用一般法计算杀菌强度F值)时,需要应用热穿透的有关数据,这时应首先画出罐头内部的传热曲线,求出其有关的特性值。
传热曲线
传热曲线是将测得罐内冷点温度(Tp)随时间的变化画在半对数坐标上所得的曲线。作图时以冷点温度与杀菌锅内加热温度(Th)或冷却温度(Tc)之差(Th-Tp或Tp-Tc )的对数值为纵坐标,以时间为横坐标,得到相应的加热曲线或冷却曲线。为了避免在坐标轴上用温差表示,可将用于标出传热曲线的坐标纸上下倒转180度,纵坐标标出相应的冷点温度值(Tp )。
??以加热曲线为例,纵坐标的起点为Th-Tp =1(理论上认为在加热结束时,Tp 可能非常接近Th,但Th-Tp ≠0),相应的Tp 值为Th-1,即纵坐标上最高线标出的温度应比杀菌温度低一度(℃),第一个对数周期坐标的坐标值间隔为1℃,第二个对数周期坐标的坐标值间隔为10℃,这样依次标出其余的温度值。
??典型的加热曲线和冷却曲线如图所示。
典型的简单型加热曲线 典型的转折型加热曲线 典型的冷却曲线
特征参数
(1) 直线的斜率
??我们将传热曲线的直线穿过一个对数周期所需的时间(以分钟min计)定义为f值,对简单型加热曲线标记为fh,对转折型加热曲线转折点前的部分仍记为fh,转折点后的部分记为f2,对于冷却曲线则记为fc。可以看出,f值愈小,传热的速率愈快。
??直线的斜率与f值的关系为:
????(1-4-1)
(2) 直线的截距
??作法是将传热曲线的直线部分向起点方向延长,使其与纵坐标相交,即传热时间为零时的冷点温度,为了便于区分,我们将传热曲线的真实初始温度记为IT,而将上述直线的截距点记为假初始温度I?T?。
??直线的方程式可写为:
(1-4-2)
尽管式1-4-2可以完整地描述传热曲线的线性部分,但它不能确定产品何时开始对数加热期,也就是说它无法显示滞后时间。我们引入滞后因子jh来解决这一问题:
????????(1-4-3)
记I=Th-Ti ,
则 ??????????(1-4-4)
代入式(1-4-2): ?(1-4-5)