液態(tài)食品冷凍濃縮冰晶生長機制研究.pdf

1、冷凍濃縮產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。長期以來，為解決冰晶夾帶問題，國內外學者大多把目光停留在單位冰晶體積的層面上，主要憑經驗或以實測資料為依據來控制冰晶的生長過程。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的機制，再借鑒國內外金屬微觀結構研究領域非常熱門的相場模型，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)地展開對冷凍濃縮的研究。具體的研究工作和主要結論如下： 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、冷凍時間、冰晶形態(tài)、溶液粘度、冰晶分離工藝等方面對冰晶夾帶率的影響。選擇初始冷凍溫度、把握冷凍時間、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．通過對冷凍時間與濃縮液、冰晶中可溶性固形物含量的關系以及冷凍時間與濃縮液和冰晶質量關系進行研究，并根據Fick擴散方程式建立冰晶增長動力學模型號，模型顯示冰晶增長速率與冰晶質量成正比，同時也受到最大冰晶

3、量的抑制。通過該模型，從宏觀方面分析冰晶質量增長和熱量傳遞之間的平衡，為建立冰晶增長的質量、熱量傳遞之間的平衡提供了一定的理論依據和試驗參考，從而把握較為合理的冰晶生長時間。 3．冰晶是典型的凝固組織，因其非平衡組織結構涉及到熱量、質量和動量傳輸以及界面動力學和毛細作用效應相耦合的自由邊界問題。相場模型將組織轉變過程界面演化的尖銳界面問題轉變?yōu)閺浬⒔缑婺Ｐ?，故引入相場模型，用于模擬冷凍濃縮冰晶生長過程中微觀組織的演化過程。探討了

4、相場模型建立的基本原理、其數值求解的離散處理、穩(wěn)定性條件、初始條件和邊界條件。 4．利用相場模型對過冷純水的冰晶生長過程進行數值模擬，模擬不同過冷時間、不同過冷度下的冰晶形貌的演化過程，并解釋了Ostwald效應的競爭機制。同時與實際拍攝的冰晶進行比較，進一步證實相場法從微觀上模擬冰晶生長的可行性。 5．利用相場模型對液態(tài)食品冷凍濃縮過程的冰晶生長進行數值模擬。把液態(tài)簡化為糖水二元物質，在近似等溫的條件下耦合相場和溶質場