欧姆加热技术在食品加工中的应用

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1、欧姆加热技术在食品加工中的应用摘要： 综述了欧姆加热技术的原理、特点及其在食品杀菌、解冻、漂烫和淀粉糊化中的应 用，并分析了其在食品研究和应用中存在的问题，并对欧姆加热技术的应用前景进行了展望。 关键词：欧姆加热 杀菌 解冻 漂烫 淀粉糊化 前景欧姆加热又称为通电加热、直接电阻加热、纯电阻加热，它是利用物料的导 电特性对其进行加热的方法。早在 19 世纪初就提出了欧姆加热的概念，并逐渐 有了利用电能加热物料的专利加工技术。20 世纪初，美国生产出用于牛奶消毒 的欧姆加热装置，但是由于没有合适的惰性电极材料而失败。 90 年代，英国的 APV Baker 公司开发了商用的欧姆加热装置，英国、法国

2、、日本和美国均开始使 用。随着食品加工技术的发展和生活水平的提高，人们要求最大限度地保留食品 的色、香、味及营养成分。传统的食品加热技术在某些场合往往满足不了这种需 要，而欧姆加热技术由于具有物料升温快、加热均匀、无污染、易操作、热能利 用率高、加工食品质量好等优点，近年来，逐渐引起国内外食品科学工作者的关 注。目前，欧姆加热技术在美国正广泛应用于低酸性或高酸性食品的加工；在日 本用于生产酸牛奶的草莓、鱼糜制品及豆腐的加工等；在国内主要用于肉的解冻 和牛奶、豆浆的加热杀菌。从目前国外的研究和使用情况来看，欧姆加热最具有 潜力的应用领域是含颗粒流体食品的无菌加工及大块固体食品的加热与解冻。本 文

3、综述了欧姆加热技术的原理、特点及欧姆加热在食品的杀菌、解冻、漂烫和淀 粉糊化中的应用，并分析了其在食品研究和应用中存在的问题，并对欧姆加热技 术的应用前景进行了展望。1欧姆加热的原理欧姆加热就是利用物料本身的电阻特性直接把电能转化为热能的一种加热 方式（如图 1）。它克服了传统加热方式（对流加热、热传导、热辐射）中物料 内部的传热速度取决于传热方向上的温度梯度等不足，实现了物料的均匀快速加 热。当物料的两端施加电场时，物料中有电流通过，在电路中把物料做为一段导 体，由于物料的电阻特性，利用它本身在导电时所产生的热量达到加热的目的。 欧姆加热电导方式是离子的定向移动，如电解质溶液或熔融的电解质等

4、。当溶液 温度升高时，由于溶液的黏度降低，离子运动速度加快，水溶液中离子水化作用 减弱，其导电能力增强。由于大多数食品含有可电离的酸和盐，当在食品物料的 两端施加电场时，食品物料中通过电流并使其内部产生热量。当物料不导电时， 此方法不适用。对于极低水分、干燥状态的食品，这种方法也不适用。电阻电压模拟电路图 1 欧姆加热技术加热原理图2欧姆加热的特点欧姆加热是物料直接将电能转化为热能，不需要物体表面和内部存在的温度 差作为传热的推动力，而是在物料的整个体积内自身产生热量，故称为体积加热 法，即内部加热法。与传统加热方式相比，欧姆加热具有以下特点： 2；1 加热速度快、容易控制加热速度即单位时间内

5、物料升高的温度，它取决于单位时间内物料获得热量 的多少。殷涌光等通过对液态食品加热速度与电导率的试验研究得出食品物料的 电导率是影响加热速度的主要因素，电导率越大，加热速度越快；食品的pH值 对加热速度也有一定的影响， pH 值越小，酸性越强，电导率越大，加热速度越 快。欧姆加热的加热速度远远大于传统加热方式的加热速度。Segars和Kapsalis 用欧姆加热可以在20 min内将一托盘食品由23C升高到80C。欧姆加热大大提 高了加热速度，因此生产的食品质量更好，但是食品加热处理的时间不宜过长， 否则会造成蛋白质类食品营养成分破坏而变性。2；2 加热均匀 欧姆加热是由导电溶液中电流的通过而

6、使物料在整个体积内自身产生热量， 特别是对于含有较大颗粒的液态物料或含有细小颗粒的固液混合物，由于食物块 加热不经受从容器外层到中心的温度梯度，可实现固体和液体的同时升温，与传 热加热相比，可避免液体部分的过热。周亚军等通过对含水果颗粒的液态食品的 温度场进行研究，结果表明：含水果颗粒果汁加热中的温度分布接近于均匀温度 场，因此采用欧姆加热时，食品不会遭受过热引起的损坏作用。杨玉娥等采用浸 泡式通电加热实验装置对氯化钠溶液和肉块进行加热，通过测定其电导率，表明 该加热方法可以使物料受热均匀。2；3 能量利用率高传统加热方式要通过加热介质对物料进行加热，所以在加热的过程中有大量 热量损失，而通电

7、加热方式通过自身的电导特性直接把电能转化成热能，能量利 用率高。在采用浸泡法对冷冻肉进行通电加热解冻试验中得出电能利用率为 40% 左右。在直接接触式通电加热装置中，由于没有浸泡介质消耗能量，故电能利用 率更高，节约能源。当电源切断后加热过程没有滞后现象、热损失非常低。此外， 通电加热可以对大体积和不规则物料进行均匀加热，而不损坏物料的品质。 3欧姆加热技术在食品中的应用欧姆加热技术是食品加工技术的一项新技术，可用于食品中的杀菌、解冻、 漂烫。根据欧姆加热的特点，适合于带有一定粘度产品的加热和杀菌处理。目前， 主要用于液体及固液混合物的杀菌、低酸性方便肉制品、整粒草莓、鱼糜制品、 豆腐等的加工

8、以及肉的解冻等。3；1 杀菌 杀菌是欧姆加热技术在食品中的主要应用。早期，欧姆加热技术只用于罐头 食品的灭菌和一些产品的巴氏杀菌。但由于罐头食品灭菌操作时需要特制的罐， 因此没能成功应用于生产。欧姆加热技术首先取得成功应用的是在乳品工业中， 目前，在带颗粒食品灭菌方面的应用和研究越来越多。欧姆杀菌技术适于处理粘 度较高的液体物料，并可以含有一些颗粒，如肉汤、布丁的商业无菌处理。同时， 这一技术还用于一些高粘度物料的消毒，如液态蛋制品、果汁的巴氏杀菌并可与 无菌灌装系统进行连用，以加强这些产品的货架稳定性。邓力等指出最新的欧姆 加热装置，采用快速真空冷却技术可以有效地降低杀菌过程的加热强度；通透

9、电 极冷热双层对流技术，解决了电极和壁面结垢问题，加强了欧姆杀菌的操作连续 性。利用欧姆加热技术对牛奶进行杀菌处理，可使牛奶达到完全无菌的状态；高 霞等研究了杀菌温度、杀菌时间和欧姆加热电压对牛奶中菌落总数和大肠菌群残 留率的影响，指出在最优参数下经欧姆加热处理后的牛奶可达到完全无菌的状 态。3；2 解冻 冷冻食品最终质量不仅取决于冷冻技术，而且还取决于解冻技术，欧姆加热 解冻是利用冷冻食品的电导特性，电流通过冷冻食品物料内部，自身产生热量。 一般冷冻食品中，仍有 5%10%的水以较高浓度溶液的形式存在，这使通电加热 具有可能性。李修渠等采用浸泡法对冷冻肉进行欧姆加热解冻，建立了通电加热 模型

10、并且分析了影响肉解冻速率的因素：浸泡介质的电导率和物料的放置位置并 预测了冷冻肉在盐水中通电加热解冻速率要比在自来水中大，肉的最大面平行电 场的通电加热解冻速率比垂直电场大。通过建立的解冻模拟电路模型，分析了肉 在通电加热解冻过程中电能利用率、肉内产热量、肉两侧间电压的变化 :随着肉 的温度升高，肉的电阻降低，肉两侧的电压降低，肉内的产热量和电能利用率增 大。冯晚平等根据已有资料自行设计和组装了多波形可变频率欧姆加热试验系统 及加热容器，试验选用了3 种不同波形即锯齿波、矩形波、正弦波的交流电，并 分别在不同频率下，研究了冷冻牛肉在其作用下解冻过程中交流电频率对其电导 率温度图形以及加热速率的

11、影响。试验表明：在 3 种波形中，矩齿波加热速率最 快，解冻的时间最短；其次为正弦波；最后为矩形波。频率越高，解冻速率越快。 3；3 漂烫欧姆加热技术用于食品漂烫主要是可缩短漂烫时间。Schade用15 kV、0；25MHz 的电流去漂烫浸在电解液中的脱皮土豆，土豆温度在 3 min 内升高到 80C； Mizrahi玉米穗浸在电解液中通以380 V的电流，所有的过氧化酶在3 min 就失活，而用沸水漂烫需要17 min。IcierFiliz等以豌豆浆为对象，采用欧姆加热 装置在不同的电压和电流时进行漂烫，观察其颜色变化。当电压在50 V/cm时， 可以在54 s内将豌豆浆的过氧化酶钝化，完成

12、漂烫，使其颜色最好。可见欧姆加 热可以大大缩短漂烫时间。3；4 淀粉糊化对于淀粉欧姆加热发生糊化的研究是多种多样的Halden等研究了在淀粉悬 浮液中淀粉和水的比率的问题，认为最佳比率为1 : 5。有的研究集中在一些食 品组分的影响上，例如直链淀粉、蛋白质、脂类以及单甘脂等。Halden等通过研 究，报道了土豆淀粉在通电加热中的加热速率，结果表明：淀粉糊化导致加热速 率变化。食品的电导率受离子量、水分流动和食品物理结构的严重影响。欧姆加 热在加热过程中由于具有加热速度快、加热均匀等特点，使得经过欧姆加热的产 品具有较好的色、香、味等品质，还可用于食品物料的蒸发脱水、发酵等。 4欧姆加热技术在食

13、品加工应用中存在的问题欧姆加热技术在美国、英国和日本正处于推广应用以及新型设备的开发研究 阶段，而我国还处于刚刚起步阶段。欧姆加热有很多优点，但在推广应用过程中 也存在着一些障碍。目前该技术在研究应用中存在的主要问题有加热速度的控 制。对于非均质的复杂食品物质，各部分电阻都不同，在通电时内部电流能否 均匀分布成为影响加工品质的关键。在接触式欧姆加热解冻中，应研制一种耐 腐、无污染的电极与物料接触，避免产生电流集中现象，引起局部过热；在浸泡 式欧姆加热解冻中，浸泡介质的电导率是影响解冻速率和物料内部温度分布均匀 性的重要因素，其影响机理尚不明确，有待进一步研究。颗粒杀菌值的评估与 计算问题尚未很

14、好解决。颗粒食品的输送、混合及如何平均地充填于每一容器 中等技术问题。含颗粒食品的密度过大或过小难以保障加热效果。另一方面， 利用欧姆加热时的欧姆加热设备的投资较大，现在的电力价格还相当高，欧姆加 热目前仅对酸性食品的加热人们对欧姆加热的高质量产品还没有充分的认识，商 业应用尚不广泛。5展望从目前国外的研究和使用情况来看，欧姆加热最具有潜力的应用领域是含颗粒流 体食品的无菌加工。由于食品物料的电导率在通电加热过程中是决定其内部产热 量多少的主要因素之一，为了更好地设计通电加热系统，必须研究食品物料在通 电加热过程中电导率随温度的变化规律，因此，目前的研究主要集中在食品物料 的电导率方面。欧姆加

15、热技术具有加热均匀、无污染、易操作、热能利用率高、 食品加工质量好等优点，加工出来的食品能最大限度地保留其色、香、味及营养 成分。只有掌握其加工特性、控制好影响因素并使其达到最佳的组合，才能加工 出高品质的产品。随着生活水平的提高，人们对高质量、高营养产品的需要会越 来越高，电力的发展也将推动通电加热技术的推广应用；随着科学技术的发展， 欧姆加热技术将得到不断的改进和深入的研究，欧姆加热技术在未来的食品工业 中具有广阔的应用前景。参考文献1师文添，江红星，于学雷；食品欧姆加热技术研究进展J;安徽农业科学，2007, (27)2耿建暖；欧姆加热及其在食品加工中的应用J；食品与机械，2006，(0

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