正交超声波场和多频超声波场对马铃薯块冷冻效率和品质的影响

作     者：张培智 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙大文;朱志伟

授予年度：2019年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083202[工学-粮食、油脂及植物蛋白工程] 083201[工学-食品科学] 

主      题：超声波辅助冷冻 正交 多频 冷冻效率 品质 

摘      要：超声波辅助冷冻(Ultrasound-assisted freezing,UF)是一种新型的快速冷冻技术,近几年来引起了越来越多研究人员的关注,其在食品工业中也有较好的应用前景。在现有研究的基础上,本论文主要研究了正交叠加的超声波场和多频超声波对果蔬产品冷冻过程的影响,进一步提高果蔬产品的冷冻效率并改善其解冻后的产品品质,从而促进超声波在食品冷冻工业中的应用。本论文首先考察了超声波冷冻腔体中场强分布情况,以及不同超声波参数对空化效应的影响;然后,以新鲜马铃薯作为研究对象,考察了单频超声波不同作用参数和正交超声波场对马铃薯冷冻过程的影响;最后,研究了双频和三频超声波对马铃薯冷冻效率和品质的影响,同时对比了单频、双频和三频超声波处理的冷冻效果。从宏观(汁液流失率、硬度)以及微观(总钙含量、L-抗坏血酸含量、总酚含量、微观结构)两个角度对冻品品质进行分析,并结合冷冻速率对冷冻效果进行评估,得到以下几点结论:1、在不同水平测试面、功率和方向的超声波作用下,冷冻腔体内的超声波场强分布有显著差异,故需将物料放置在声强分布相对均匀区域和高度,以减少声强波动带来的实验误差。适合的条件:对于单频超声波,底面超声时物料放置高度为10 mm,侧面和正交超声时为80 mm,物料放置区域为冷冻腔体中接近中间的位置;对于双频和三频超声波,物料放置高度为80 mm,物料放置区域为中心位置。另外,空化效应的研究显示,当其他条件相同时,空化效应随着超声功率和频率数量的增加而不断增强。2、选用不同功率的超声波进行UF处理时,样品的冷冻速率随着超声功率的增加不断升高,然而样品的汁液流失率、硬度和总钙含量等理化指标是呈现先上升后下降的趋势,这表明不能仅从冷冻速率来考虑冷冻效果的好坏,更应该根据冻品品质来选择合适的超声参数。在单频超声波UF过程中,最优的处理条件:频率为20 kHz,功率为270W,在该条件下样品的冷冻速率最高且品质较好。3、对于单频超声波,选用相同的作用频率20kHz,正交方向的UF处理使样品冷冻效率提高了38.2%,汁液流失率减少36.0%,硬度值、总钙含量、L-抗坏血酸含量和总酚含量分别提高了31.7%,30.1%、20.7%和25.0%,在该条件下冷冻效率最高且冻品品质较好。对于双频超声波,选用相同的作用频率20+28kHz,正交方向的UF处理同样有最优的冷冻效果,而侧面方向的UF处理对冷冻效果的提升并不明显,这可能与侧面两个超声波形成了120°的夹角有关。4、在双频超声波中,20+28 kHz频率组合的UF处理显示了最高的冷冻效率,且样品解冻后的质构和营养成分保存较好;在三频超声波中,BBSUF处理后样品的冷冻速率提高了48.1%,汁液流失率减少了45.4%,硬度值、总钙含量、L-抗坏血酸含量和总酚含量分别提高35.3%,42.5%,33.2%和41.1%,故BBSUF是三频超声波中的最优作用方式。5、在最优的作用方式下,对比单频、双频和三频超声波对马铃薯UF冷冻过程的影响,可以发现,随着超声波频率数量的增加,冷冻速率也逐渐提高,样品的汁液流失不断减少,其解冻后的质构和营养成分保存更好。